人類(lèi)基因組計劃完成15周年---從個(gè)人基因組到精準醫療

　　剛剛看到這個(gè)2000年6月26日的新聞，突然發(fā)現不知不覺(jué)時(shí)間已經(jīng)過(guò)去了15年。那個(gè)時(shí)候人們對剛剛完成的人類(lèi)基因組草圖充滿(mǎn)了期盼：通過(guò)人類(lèi)基因組信息幫助人們克服疾病，達到人們的終極健康長(cháng)壽的需求。

　　在人類(lèi)基因組計劃完成的這15年里，那些主要參與國美國、英國、中國都發(fā)生了什么?

　　15年后的今天人們所能感受到的人類(lèi)基因組計劃的影響究竟是個(gè)什么樣子?

　　未來(lái)的人類(lèi)基因組研究和應用在往哪個(gè)方向發(fā)展?

　　15年后的今天，人們依然充滿(mǎn)了期望。

　　美國在人類(lèi)基因組計劃完成后的變化

　　人類(lèi)基因組計劃組織和塞雷拉基因組公司兵分兩路

　　在美國，人類(lèi)基因組計劃完成以后，原先競爭的兩大陣營(yíng)：人類(lèi)基因組計劃組織和塞雷拉基因組(Celera Genomics)公司，分別走向了兩個(gè)方向：人類(lèi)基因組計劃原先的參與Whitehead Institute(后來(lái)的著(zhù)名的Broad Institute)、美國能源部基因組中心、華盛頓大學(xué)醫學(xué)基因組測序中心、貝勒大學(xué)醫學(xué)基因組測序中心等11個(gè)基因組中心繼續開(kāi)展各類(lèi)大型的基因組研究計劃;塞雷拉基因組公司，則轉向了心血管病和個(gè)體化醫療管理等商業(yè)方向。

　　可以說(shuō)美國的人類(lèi)基因組研究有一個(gè)貫穿始終的目的，就是將人類(lèi)遺傳和基因組信息應用到醫療和健康領(lǐng)域。因為科學(xué)家們認識到從第一個(gè)人類(lèi)遺傳病亨廷頓氏舞蹈癥(Huntington’s Disease，又稱(chēng)為慢性遺傳舞蹈病)的基因被定位，這種通過(guò)家系研究定位遺傳病的方式，在沒(méi)有對人類(lèi)基因組序列的深刻認識，沒(méi)有對人類(lèi)遺傳規律深刻的了解情況下，醫學(xué)遺傳學(xué)研究的速度將無(wú)法從本質(zhì)上提高。

　　在這個(gè)認識的基礎上，美國先后啟動(dòng)了“國際人類(lèi)基因組單體型圖計劃”(The International HapMap Project，HapMap計劃);“癌癥基因組圖集”(The Cancer Genome Atlas,TCGA)計劃;“DNA元件百科全書(shū)”計劃(Encyclopedia of DNA Elements，簡(jiǎn)稱(chēng)ENCODE);千人基因組計劃(1000 Genome Project)，以及最近炒的火熱的“精準醫療計劃”(The Precision Medicine Initiative)。這些計劃投資規模以百億美元計，參與科學(xué)家以數萬(wàn)人計�？梢哉f(shuō)美國人在朝著(zhù)既定的目標一步一步向前發(fā)展，脈絡(luò )清晰，步驟明確，并且從人才培養到技術(shù)支撐，從領(lǐng)導科學(xué)家選拔到商業(yè)運行模式上的探索，都走在世界的前面。

　　在這15年的時(shí)間里，參與人類(lèi)基因組計劃的幾位領(lǐng)導科學(xué)家也有了各自的發(fā)展：當時(shí)的領(lǐng)導科學(xué)家Francis Collins已經(jīng)是現任NIH的主任;Whitehead Institute研究所的主任Eric Lander完成了將Whitehead Institute從MIT和Harvard的獨立出來(lái)的工作，已經(jīng)成為美國最大的基因組研究中心，他本人也是奧巴馬總統的科技參贊，可以參與美國的科技政策決策;“科學(xué)狂人” 塞雷拉基因組公司創(chuàng )始人Craig Venter則獨辟蹊徑，雖然塞雷拉基因組公司已經(jīng)不再復當年風(fēng)光，但是Craig Venter卻先后成為第一個(gè)合成原核生物基因組的人，第一個(gè)用計算機模擬生物整個(gè)代謝途徑的人，第一個(gè)提出海洋基因組學(xué)研究并實(shí)施的人。

　　與此同時(shí)，美國在基因組研究技術(shù)上也領(lǐng)先于世界，從人類(lèi)基因組計劃所使用的ABI和Amersham的第一代測序儀，到HapMap計劃使用的Affymetrix和Illumina公司的芯片，再到千人基因組和TCGA以及Encode計劃使用的Illimina公司的第二代測序系統，以及Pacbio的第三代測序系統，美國人在測序和基因組技術(shù)上的創(chuàng )新和積累，依然領(lǐng)先于世界。

　　英國在人類(lèi)基因組計劃完成后，率先啟動(dòng)十萬(wàn)人基因組項目

　　再看看英國：英國人對基因組研究的熱情始終如一，從Frederick Sanger先生發(fā)明第一代測序系統，到首先參與美國提出的“人類(lèi)基因組計劃”，貢獻僅次于美國，英國有歐洲大陸最大的基因組研究中心“Sanger Institute”，是第二代測序技術(shù)的參與發(fā)明國，共同提出和啟動(dòng)了“千人基因組計劃”，共同提出并啟動(dòng)和領(lǐng)導了“國際腫瘤基因組計劃”，率先啟動(dòng)了Genome England的十萬(wàn)人基因組項目，間接影響到美國的“精準醫療計劃”的提出。

　　英國人在人類(lèi)遺傳學(xué)上的投入也不遺余力，英國有全世界研究人類(lèi)遺傳病最好的研究團隊，并且英國有政府引導，科學(xué)家和企業(yè)共同參與的舉國基因組研究體制，可以說(shuō)雖不及美國人在人類(lèi)基因組研究上的布局深刻，但是英國總能在某些領(lǐng)域里有獨特的見(jiàn)解和布局，通過(guò)自己的方式影響著(zhù)世界，并且不得不說(shuō)的是，英國在基因組研究領(lǐng)域對中國科學(xué)家毫無(wú)保留的幫助的無(wú)私情懷，從捐贈中國華大基因研究中心測序儀，到在各種國際合作中為中國提供便利和幫助，以及幫助中國培養基因組學(xué)研究人才，可以說(shuō)中國的基因組學(xué)發(fā)展處處都有英國的幫助。

　　中國在人類(lèi)基因組計劃完成后，積極探討“中國版的精準醫療計劃”

　　再看看中國這15年人類(lèi)基因組學(xué)的研究進(jìn)展。首先看看當時(shí)的報道“1999年的日歷翻開(kāi)了。楊煥明說(shuō)，要干就要干大，再難也要干大。于是，楊煥明、汪建、于軍湊出了自己積蓄的200多萬(wàn)元。他們用這筆錢(qián)，購買(mǎi)了一臺“377”型測序儀和一臺美國產(chǎn)的毛細管測序儀。在不到半年的時(shí)間里，他們遞交了人類(lèi)基因組序列70萬(wàn)個(gè)堿基的測序結果，并做了熱泉菌測序。這些成果，引來(lái)了國際同行的矚目�！�

　　6月29日，記者來(lái)到了中科院遺傳所人類(lèi)基因組中心。在實(shí)驗室，記者看到，工作平臺是用集裝箱搭成的。在平臺上，有三根玉米棒，旁邊有一行字：窮棒子精神永放光芒!據介紹，深居京郊的這些科研人員，收入不高，也沒(méi)有娛樂(lè )，在‘1%’測序中，他們測序精確，但相應的測序成本卻只有美國等國家測序成本的四分之一�！� “‘中心’(作者注：北京華大基因研究中心)執行主任汪建對記者說(shuō)：“中國雖然只做了1%，但意義重大。中國科研人員在測序過(guò)程中，不僅增加了設備，而且培養了技術(shù)。21世紀生物產(chǎn)業(yè)發(fā)展的機遇，中國沒(méi)有失去�！彼�意味深長(cháng)地說(shuō)�！�

　　隨后，中國科學(xué)院成立了“中國科學(xué)院北京基因組研究所”，專(zhuān)注基因組研究，中國也參與了HapMap計劃，同時(shí)發(fā)表了一系列植物和動(dòng)物的基因組學(xué)研究成果，但從那以后中國的基因組學(xué)研究一度遭到寒冬，在大約三年的時(shí)間里，鮮有大型研究項目啟動(dòng)，研究成果也較少。

　　2007年6月華大基因南下深圳，成立了“深圳華大基因研究院”，深圳華大抓住了二代測序發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)期，用獨特的運行模式，先后完成了“炎黃一號”第一個(gè)黃種人基因組測序研究，發(fā)起并實(shí)施了“炎黃九九基因組研究項目”，共同參與設計和啟動(dòng)“千人基因組計劃“，共同參與和發(fā)起“國際腫瘤基因組計劃”，共同發(fā)起“中國腫瘤基因組協(xié)作組”，上個(gè)月華大發(fā)表了“炎黃一號”單倍型圖的研究成果，將黃種人的基因組組裝成了最完整的人類(lèi)基因組單倍型圖。

　　這些研究計劃開(kāi)展和研究成果陸續發(fā)表的同時(shí)，華大還培養了大批基因組科技人才，這些人才活躍在國內外基因組研究和產(chǎn)業(yè)化的各個(gè)領(lǐng)域。在有感于產(chǎn)業(yè)鏈上游測序儀的限制后，深圳華大于2012年完成了對美國Complete Genomics公司的收購，打通了產(chǎn)業(yè)鏈上下游。當然，這些大型的研究計劃，都得到了深圳市政府和國家科技部等的支持。

　　展望：把握住基因組學(xué)發(fā)展的脈絡(luò )，真正實(shí)現精準醫療的設想

　　在英國和美國相繼提出自己的大型基因組研究計劃后，中國也在積極討論“中國版的精準醫療計劃”，作為基因組學(xué)科技工作者我們也期望中國的“精準醫療計劃”把握住基因組學(xué)發(fā)展的脈絡(luò )，順應人類(lèi)基因組學(xué)研究發(fā)展的規律，真正實(shí)現精準醫療的設想。

　　回顧人類(lèi)基因組計劃完成這15年歷史，我們會(huì )發(fā)現，在當年人類(lèi)基因組計劃的基礎上，已經(jīng)逐步建立起來(lái)的人們使用基因組和遺傳信息來(lái)指導健康生活和醫療的路線(xiàn)圖，相信在下一個(gè)15年，我們再笑談15年里人類(lèi)基因組研究和應用的發(fā)展時(shí)，我們可以欣慰的告訴自己，我為人類(lèi)了解自己的基因組并應用做出了貢獻。最后，由衷感謝參與人類(lèi)基因組計劃的所有科學(xué)家和科技工作和的工作，更加感謝中國參與過(guò)人類(lèi)基因組計劃的科學(xué)家和科技工作者們，是你們的辛苦工作讓國人有機會(huì )更早的享受到基因組學(xué)進(jìn)展為我們的健康生活和醫療帶來(lái)的好處。