基因组学革命刚刚开始

2007年5月31日，在美国得克萨斯州休斯敦的贝勒医学院，有“DNA之父”之称的美国科学家詹姆斯・沃森拿着装有他本人的完整基因

今年是人类基因组工作草图问世10周年。回首望去,尽管有价值的医学应用还极为有限,但过去的10年依然是生命科学激动人心的10年,人类在对自身和疾病的认识上都发生了飞跃性的变化。

然而,基因组学研究是一项长期投资,美国塞莱拉遗传公司创始人克雷格・文特尔希望人们保持耐心,因为“基因组学革命只不过才刚刚开始”。

人类重新认识自己

人类基因组计划于1990年启动,2000年工作草图绘制完毕,3年后正式完成了全部30亿个碱基对的测序工作。科学家称赞这个计划比人类登上月球还要伟大。2000年6月26日,时任美国总统克林顿在评价工作草图的意义时说,这项里程碑式的科学成果“将使多数人类疾病的诊断、预防和治疗发生革命性变化”。

10年之后,虽然克林顿的预言尚未成为现实,但人类基因组计划已给生命科学带来了深远影响。

首先是人类重新认识了自己。在基因组图谱问世前,科学家曾认为人体内有数十万个蛋白编码基因,这样才能解释人类复杂的生命结构。但令人吃惊的是,基因组图谱显示,人类的基因只有2.1万个左右,和老鼠相差无几,而且两者有99%的基因相同。有的科学家猜测,虽然人类基因数量与老鼠差不多,但人类基因的机能要远比其他动物复杂。

最出人意料的也许是基因组测序技术的飞速发展。当时绘制首份基因组草图需要多国科学家联手,耗时10年,耗资30亿美元。现在,一个由几个人组成的研究小组,可以在一天之内以不到1万美元的成本完成同样的工作。这个费用在未来3年到5年内有可能降到1000美元以内,而时间预计只需15分钟左右。

测序成本直线下降使科学家有能力破译人类之外生物的基因组。有关统计表明,从老鼠到果蝇,从线虫到马铃薯,至少3800种有机体的基因组图谱已经绘制完成。

此外,基因组测序的成功,直接催生了许多“大生物”工程,比如2002年启动的国际人类基因组单体型图计划(HapMap),用3年时间绘制了详细的人类基因组差异图;又如始于2003年的DNA(脱氧核糖核酸)元件百科全书计划,目标是找出人类基因组中的功能元件。

个人基因组时代

再过几年,也许会迎来个人基因组时代。美国基因组测序公司“伊利尤米纳”首席执行官杰伊・弗拉特利乐观地预言,到2020年,给所有新生婴儿绘制基因组图谱将成为例行程序。美国塞莱拉遗传公司创始人文特尔则认为,今后10年,也许我们可以期盼为个人的精子、卵子、早期胚胎和干细胞等都绘制一份基因组图谱,以检查是否有疾病风险存在。

今天看来,这似乎有点不可想象。到目前为止,绘制了个人基因组图谱的也不过才10多个人。不过到明年年底,随着“国际千人基因组计划”的完成,这个数字将会超过2500人。

当然并非所有人都愿意加入这个行列,一大原因在于基因歧视问题。比如,许多美国人担心,一旦自己被查出携带某些严重疾病的致病基因,雇主获知后将解雇他们,而保险公司知道后则要提高他们的医疗保险费用。

这些担心不是杞人忧天,美国政府于2008年制定了《遗传信息物歧视法案》,就是为了保护民众的基因信息不被滥用和歧视。

基因组学研究成长的烦恼

过去10年,有关糖尿病、冠心病、乳腺癌、肠癌和前列腺癌等常见疾病致病基因的研究成果如雨后春笋般涌现,但人类健康从中得到的好处极为有限。

“基因组研究给临床医学带来的影响至今一直不甚明显,”人类基因组计划领军人物、现任美国国家卫生研究院院长的弗朗西斯・柯林斯在今年3月31日的《自然》杂志上评论说。

他指出,过去10年基因组学研究取得了一些巨大进展:为一些癌症开发出了强效新药;基因检测能告诉乳腺癌患者是否需要化疗;视网膜黄斑变性的主要风险因素已得到确认;能准确预估10多种药物的疗效。“但平心而论,人类基因组计划尚未对个人保健产生直接的影响”。

科学家指出,一个主要原因在于,拥有大量的遗传信息数据并不意味着已经了解这些遗传信息是如何发挥作用的。

生命远比想象的复杂得多,科学家也无法为某些问题弄出一个简单的答案。比如,研究表明,大多数癌症有各自的遗传学特征,因此目前还找不到一种能够广泛适用的癌症疗法。又比如,不少科学家曾认为身高是一个家族遗传的生物特征,可以简单地用基因解释。但如今已被证实参与决定身高的基因超过100个,科学家猜测参与决定身高的基因可能多达1000个。

现在,迫切需要科学家梳理清楚这海量遗传信息数据之间纷繁复杂的关系,弄明白它们的真正作用,这无疑将是一个漫长而枯燥的过程。但正如3月31日《自然》杂志的封面语所言,这就是“基因组学时代成长的烦恼”。