后基因組時(shí)代十年志
——兼論十年間生命科學(xué)的發(fā)展及所面臨的挑戰(zhàn)

劉伯寧

工程師,華北制藥新藥研發(fā)中心;國家微生物制藥工程中心,石家莊050015

后基因組時(shí)代十年志
——兼論十年間生命科學(xué)的發(fā)展及所面臨的挑戰(zhàn)

劉伯寧

工程師,華北制藥新藥研發(fā)中心;國家微生物制藥工程中心,石家莊050015

生命科學(xué) 后基因組時(shí)代 人類基因組 個(gè)性化醫(yī)療 全基因組關(guān)聯(lián)分析 系統(tǒng)生物學(xué)

十年前,“人類基因組計(jì)劃”這一耗資30億美元、耗時(shí)十余年的偉大科學(xué)工程完成之際,人們以為得到了揭開自身生命奧秘的天書,生命科學(xué)也劃時(shí)代地進(jìn)入了后基因組時(shí)代。十年間,一方面,人類基因組的后續(xù)工作陸續(xù)展開,生命科學(xué)持續(xù)蓬勃發(fā)展的態(tài)勢;另一方面,基因藥物卻遲遲不能問世,基因產(chǎn)業(yè)逐漸淪為泡沫經(jīng)濟(jì)。2010年恰逢人類基因組草圖完成10周年,回顧十年間生命科學(xué)取得的偉大成就,分析生命科學(xué)當(dāng)下面臨的挑戰(zhàn),或許更能理清后基因組時(shí)代現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展脈絡(luò)與走勢。

2000年6月23日,代表“人類基因組計(jì)劃”的柯林斯(Francis Collins)和代表私人測序公司塞萊拉的文特爾(Craig Venter),在美國總統(tǒng)克林頓及英國首相布萊爾的最終斡旋下,共同宣布人類基因組草圖繪制完成。

宣布地點(diǎn)選擇白宮的一個(gè)特定房間是有所寓意的：兩百年前,在同一間房間里,路易斯和克拉克向美國總統(tǒng)杰斐遜展示了美國西北部的地圖,這張歷時(shí)3年,行程4000多英里(1英里≈1.6 km)獲得的科考地圖,直接促成了美法之間的“路易斯安納并購案”,使得美國的國土面積直接擴(kuò)大了兩倍;此時(shí)柯林斯和文特爾向世人展示的人類基因組草圖,蘊(yùn)含著人類自身的所有生命奧秘,被認(rèn)為是“人類歷史上最為奇妙的地圖”。

人類基因組草圖,這張?zhí)N含人類自身奧秘的地圖,也常被人譽(yù)為是一本解讀生命的天書。編碼蛋白質(zhì)的DNA三聯(lián)體密碼子好比是書寫天書的“單詞”,“單詞”中的字母則是DNA的堿基序列(ATCG)。人類23對(duì)染色體,構(gòu)成了全書的23個(gè)章節(jié)。每條染色體上數(shù)千個(gè)未知基因則是天書中引人入勝的故事,等待人類去解讀、探尋。

如果能夠測定整部“生命天書”的所有字母——30億個(gè)堿基序列,那么“天書”的全貌、梗概也就浮現(xiàn)于世人面前了。

2000年人類基因組草圖的繪制完成,對(duì)于數(shù)百年生命科學(xué)的發(fā)展具有特別的意義,它深化人類對(duì)于生命現(xiàn)象的認(rèn)識(shí),修正、甚至顛覆生命科學(xué)已有的經(jīng)典理論。由此,生命科學(xué)的發(fā)展,在經(jīng)歷了20世紀(jì)的“分子生物學(xué)時(shí)代”、“結(jié)構(gòu)基因組時(shí)代”之后,正式進(jìn)入了“功能基因組時(shí)代”即“后基因組時(shí)代”(post-genomics era)。

在新千年的鐘聲敲響半年后,得到關(guān)于自身生命奧秘的“生命天書”,這是多么的令人欣喜、振奮。加之,此前科學(xué)界對(duì)此研究成果臨床應(yīng)用的樂觀估計(jì),使得公眾對(duì)“后基因組時(shí)代”報(bào)以種種美好的憧憬?！昂蠡蚪M時(shí)代”這一生命科學(xué)發(fā)展史的稱謂,不再是簡單的時(shí)間劃分,它成為承載人類美好愿景的一個(gè)“概念”：人們期待在“后基因組時(shí)代”,所有疾病的發(fā)生機(jī)制能夠在人類基因組圖譜中找到明確答案。并且,根據(jù)“個(gè)人基因組圖譜”,借助“基因藥物”,通過“個(gè)性化醫(yī)療”,所有困擾人類的頑疾,都能夠得到有效的預(yù)防、診斷和治療。

1 后基因組時(shí)代的緣起——人類基因組計(jì)劃

“后基因組時(shí)代”的界定是以人類基因組草圖繪制完成劃分的,而直接促成這一研究成果的“人類基因組計(jì)劃”(human genome project,HGP)是源于20世紀(jì)美國“向癌癥開戰(zhàn)”計(jì)劃的失敗。

進(jìn)入20世紀(jì)下半葉,癌癥逐漸成為人類健康的頭號(hào)殺手。1981年,美國國家癌癥研究所啟動(dòng)了“向癌癥開戰(zhàn)”計(jì)劃,期望能夠在五年內(nèi)治愈癌癥,但這一花費(fèi)了數(shù)十億美元的科學(xué)研究卻并沒有達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。1986年,“癌癥計(jì)劃”的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)獲得者杜爾貝克(Renato Dulbecco)在Science上發(fā)表題為“癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——測定人類基因組序列”的文章,指出“癌癥與其他疾病的發(fā)生都與基因有關(guān),如果我們希望更多地認(rèn)識(shí)癌癥,那么我們現(xiàn)在必需集中精力研究細(xì)胞的基因組”[1]。

1990年,美國能源部和美國國立衛(wèi)生研究院投資30億美元,啟動(dòng)“人類基因組計(jì)劃”,預(yù)計(jì)歷時(shí)15年,完成對(duì)人類基因組圖譜的繪制。隨后,隨著英、日、法、德、中等國的參與,“人類基因組計(jì)劃”擴(kuò)展為“國際人類基因組組織”。1998年,美國科學(xué)家文特爾創(chuàng)辦了一家名為“塞萊拉”的小私立公司,獨(dú)立開展人類基因組測序工作。私人公司的加入,加速了人類基因組草圖的繪制。2000年,國際人類基因組組織和塞萊拉公司聯(lián)合宣布,“人類基因組工作框架圖”繪制完成,這張并不完整的人類基因組圖譜,也稱為“人類基因組草圖”。2003年測序更為精確,覆蓋率更高,“人類基因組完整圖譜”正式公布。至此,人類基因組計(jì)劃圓滿結(jié)束[2]。

人類基因組計(jì)劃是人類迄今為止第一次全面、系統(tǒng)的研究和解讀人類自身的遺傳信息。其耗資巨大,意義深遠(yuǎn),因此與“阿波羅登月”、“曼哈頓工程(原子彈)”并稱為“20世紀(jì)自然科學(xué)的三大奇跡”。

2003年,在“人類基因組完整圖譜”繪制完成之際,“人類基因組計(jì)劃”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人柯林斯在 Science發(fā)表長文“人類基因組計(jì)劃：大規(guī)模生物學(xué)的經(jīng)驗(yàn)”,總結(jié)人類基因組計(jì)劃在國際合作上的組織管理經(jīng)驗(yàn),倡導(dǎo)“共有、共為、共享”的 HGP精神[3]。

2 后基因組時(shí)代十年生命科學(xué)大事記——人類基因組計(jì)劃的延續(xù)

人類基因組計(jì)劃完成的另一重要成果在于,DNA測序技術(shù)的日臻成熟,2010年基因組測序的成本僅為十年前的1/1400。DNA測序和基因鑒定都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的通量化,DNA芯片、雙向電泳、質(zhì)譜等新興技術(shù)的不斷出現(xiàn),使得此后十年間,數(shù)項(xiàng)“人類基因組計(jì)劃”的后續(xù)計(jì)劃得以順利展開?；蚪M學(xué)的研究對(duì)象也不僅局限于人類和少數(shù)幾個(gè)模式生物。迄今,已經(jīng)有近40種真核生物和近千種原核生物完成了基因組測序工作。

2001年2月關(guān)于“人類基因組草圖”的相關(guān)論文發(fā)表在 Nature上,科學(xué)家們通過分析認(rèn)為,人類基因組中隱藏有3萬到4萬個(gè)基因[4];同年5月,老鼠基因組草圖測序完成[5]。

2002年啟動(dòng)“人類基因組單體型圖譜計(jì)劃”(haplotype map,Hapmap),該計(jì)劃著眼于人類基因組中的單核苷酸多態(tài)性(SNP)位點(diǎn),通過繪制單體型基因多樣性圖譜,以加速對(duì)哮喘、糖尿病、癌癥等疾病的基因研究[6]。

2003年啟動(dòng)“基因組功能元件百科全書計(jì)劃”(Encyclopedia of DNA Elements,ENCODE),力圖鑒定人類基因組的所有功能元件,并收錄至數(shù)據(jù)庫[7];同年10月啟動(dòng)“表觀基因組計(jì)劃”(Human Epigenome Project,HEP),旨在繪制人類甲基化可變位點(diǎn)基因組圖譜[8];公布首個(gè)黑猩猩的基因圖譜[9]。

2004年2月公布蜜蜂基因組圖譜[10];3月公布雞的基因組圖譜[11];6月公布狗的基因組圖譜[12];10月份公布牛的基因組圖譜。

2005年完成X染色體的分析,藉此試圖從基因?qū)用娼忉屝詣e的差異;發(fā)現(xiàn)黑猩猩與人類的基因組具有96%同源性[13];同年10月完成了 Hapmap一期任務(wù),確認(rèn)了一萬個(gè)基因變異標(biāo)記[14]。

2006年國際癌癥基因組協(xié)會(huì)成立,開始研究肺癌、腦癌、卵巢癌的基因變異[15];同年,第一張人類基因組基因拷貝數(shù)變異圖譜問世[16]。

2007年啟動(dòng)“人類微生物基因組計(jì)劃”(Human Microbiome Project,HMP),致力于人類共生菌的基因組研究[17];同年11月,我國科學(xué)家繪制完成首個(gè)中國人基因組圖譜(又稱“炎黃一號(hào)”)[17];被譽(yù)為“DNA之父”的沃森,獲得世界上首張個(gè)人基因組圖譜。

2008年2月啟動(dòng)“千人基因組計(jì)劃”(1000 genome project),通過對(duì)來自27個(gè)不同族群,2500人的基因組測序,獲得更為精確的遺傳多樣性圖譜[18];5月,完成鴨嘴獸的基因組測序[19];11月,美國總統(tǒng)布什簽署了《基因信息不歧視條約》(Genetic Information Nondiscrimination Act),禁止保險(xiǎn)公司和雇主因?yàn)榛蛐畔⒍鴧^(qū)別對(duì)待其顧客和雇員[20]。

2009年建立檢測基因組功能基因的新方法[21];12月,中國學(xué)者提出“人類泛基因組學(xué)”的概念[22]。

2010年5月 HMP公布對(duì)178種微生物基因組分析的結(jié)果[23];完成尼安特人基因組草圖[24];“千人基因組計(jì)劃”首階段任務(wù)完成,完成了對(duì)兩個(gè)核心家庭(雙親和一個(gè)成年子女)的基因組測序;“共生體基因組計(jì)劃”、“萬物基因組計(jì)劃”等開始實(shí)施。

總結(jié)后基因組時(shí)代生命科學(xué)十年大事記,不難發(fā)現(xiàn),生命科學(xué)的發(fā)展繼續(xù)以人類基因組圖譜為主線,后續(xù)研究工作陸續(xù)展開,研究范疇不斷拓展。人類對(duì)于自身遺傳奧秘的探尋,也由“繪制天書”的階段,進(jìn)入“解讀天書”的階段。

3 后基因組時(shí)代生命科學(xué)的發(fā)展——生物學(xué)2.0(或系統(tǒng)生物學(xué))

一百多年前,達(dá)爾文提出“進(jìn)化論”時(shí),尚沒有嚴(yán)格意義上的生物學(xué)。達(dá)爾文環(huán)游世界,收集物證,他更多的被稱為“博物學(xué)家”;孟德爾利用豌豆、摩爾根利用果蠅探尋遺傳規(guī)律的時(shí)候,生物學(xué)研究還停留在性狀的描述;進(jìn)入分子生物學(xué)時(shí)代,沃森和克里克闡釋了DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu),人們借助限制性內(nèi)切酶,PCR擴(kuò)增技術(shù)可以任意的擴(kuò)增、剪切、拼裝DNA片段,并形成了規(guī)范式的基因工程技術(shù)。此時(shí)生命科學(xué)的發(fā)展,多來自于現(xiàn)代物理學(xué)、化學(xué)的貢獻(xiàn),生命科學(xué)更像是“生命的化學(xué)”。

進(jìn)入后基因組時(shí)代,隨著人類基因組計(jì)劃完成以及后續(xù)研究工作的開展,基因組學(xué)、生物信息學(xué)、蛋白組學(xué)、代謝組學(xué)、表觀遺傳學(xué)等陸續(xù)誕生。這些新興學(xué)科共同構(gòu)建起現(xiàn)代生命科學(xué)的理論框架,使人類能夠從整體的角度,不同的層面(基因、轉(zhuǎn)錄、翻譯,修飾等)認(rèn)識(shí)“從DNA到蛋白質(zhì)”,“從基因到表型”的發(fā)生過程。為區(qū)別于以往傳統(tǒng)意義上的生物學(xué),《經(jīng)濟(jì)學(xué)家》雜志將后基因組時(shí)代的生命科學(xué)定義為生物學(xué)2.0(biology 2.0)。

人類基因組計(jì)劃的相關(guān)研究成果,給生命科學(xué)所帶來的深刻變革,促成了生命科學(xué)領(lǐng)域的一場“思想解放”。生物學(xué)中關(guān)于“基因”的定義,關(guān)于遺傳信息傳遞的“中心法則”等基本概念都已經(jīng)被修正,甚至顛覆。

在分子生物學(xué)時(shí)代,基因被定義為具有遺傳功能的DNA片段。進(jìn)入后基因組時(shí)代,人們發(fā)現(xiàn)miRNA,siRNA等可以直接影響DNA轉(zhuǎn)錄。此外,表觀遺傳學(xué)研究表明,基因的表達(dá)不僅僅依賴于DNA序列,環(huán)境的因素同樣不可忽視?！盎颉钡母拍钫诓粩啾恢匦露x。

20世紀(jì)生物學(xué)經(jīng)典的“中心法則”,表明遺傳信息傳遞是沿著“DNA—RNA—蛋白質(zhì)”的方向線性進(jìn)行。如今看來,細(xì)胞內(nèi)部DNA的自身結(jié)構(gòu),DNA與 RNA,DNA與蛋白質(zhì),基因與環(huán)境,這些復(fù)雜的關(guān)系都會(huì)影響表型,遺傳信息的傳遞更像一個(gè)錯(cuò)綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)?；虻谋磉_(dá)不再是簡單的“一個(gè)基因、一種酶或一種蛋白質(zhì)”,基因的調(diào)控也不能用“乳糖操縱子”那樣簡單的模型去描述。人們開始將細(xì)胞內(nèi)部復(fù)雜的代謝調(diào)控網(wǎng)絡(luò)當(dāng)做一個(gè)整體去研究。后基因組時(shí)代的現(xiàn)代生命科學(xué)也因此被稱為“系統(tǒng)生物學(xué)”[25]。

4 后基因組時(shí)代生命科學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)——“基因藥物”、“個(gè)人化醫(yī)療”尚未實(shí)現(xiàn)

發(fā)起“人類基因組計(jì)劃”的初衷是,從基因?qū)用嬲业郊膊“l(fā)生的分子機(jī)制,并以此為線索,設(shè)計(jì)基因藥物,提出個(gè)性化治療方案。2000年人類基因組草圖繪制完成之際,人們普遍認(rèn)為,“人類在對(duì)付自身疾病上,將會(huì)有革命性的突破”[27-28]。

此后十年間,人類基因組完全圖譜、單體型圖譜相繼繪制完成。在人類染色體上已經(jīng)明確了與表型和疾病相關(guān)的眾多SNP位點(diǎn)。但是,至今沒有一個(gè)基于致病基因的“基因藥物”問世;十年前人們所憧憬的“個(gè)人化醫(yī)療”,也由于個(gè)人基因圖譜的繪制成本不能被市場接受、基因圖譜的解讀能力不能滿足臨床應(yīng)用的需要,依舊還是個(gè)泡影。

前后耗時(shí)費(fèi)力十余年,以犧牲眾多項(xiàng)目資助為代價(jià)的“人類基因組計(jì)劃”,完成近十年卻沒有得到真正應(yīng)用。科學(xué)界開始有人將“人類基因組計(jì)劃”喻為“白象”,意為昂貴而沒有用的東西。

在生物產(chǎn)業(yè)業(yè)內(nèi),靠申請(qǐng)基因?qū)＠?測定個(gè)人基因圖譜的盈利方式不斷失敗,從事“基因藥物”研發(fā)的公司經(jīng)營慘淡,十年前被譽(yù)為朝陽產(chǎn)業(yè)的基因制藥行業(yè),如今被經(jīng)濟(jì)學(xué)家嘲諷為“基因泡沫經(jīng)濟(jì)”。

造成目前困境的主要原因,除卻十年前過于樂觀的估計(jì)外,更多還是應(yīng)該歸于生命科學(xué)自身發(fā)展的不足?，F(xiàn)有生命科學(xué)的發(fā)展水平尚不能完全解讀人類基因組圖譜。目前的研究方法和研究手段也不能建立基因與疾病的確證關(guān)系。

對(duì)于單個(gè)基因引起的單基因疾病,人們可以通過家系連鎖的定位克隆法,確定引起疾病的突變基因。但是,多數(shù)的疾病是由多個(gè)基因的變異,以及環(huán)境因素共同作用的結(jié)果,稱之為“復(fù)雜性疾病”[29]。對(duì)于后者,目前科學(xué)界流行的研究方式是采用“全基因組關(guān)聯(lián)分析”(genomewide association studies,GWAS)。GWAS是根據(jù)Hapmap計(jì)劃所發(fā)現(xiàn)的人類基因組的SNP位點(diǎn),利用統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法,建立病例與對(duì)照的關(guān)聯(lián),以此來確定引起復(fù)雜性疾病的可能基因,即易感基因[30]。

目前通過對(duì)Hapmap計(jì)劃帶來的海量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)十種人類疾病的易感基因。短短數(shù)年,已經(jīng)有上萬篇GWAS的研究論文發(fā)表,人們也發(fā)現(xiàn)許多與性狀和疾病顯著相關(guān)的基因位點(diǎn)和染色體區(qū)域。這些都為從基因?qū)用娼忉尲膊〉陌l(fā)生機(jī)制提供了線索。

但是,幾乎所有已發(fā)現(xiàn)的SNP位點(diǎn)都只是輕度增加疾病風(fēng)險(xiǎn)的“易感基因”,大多數(shù)疾病與基因之間關(guān)聯(lián)仍然難以明確;而且,人們又發(fā)現(xiàn)除了單核苷酸多樣性外,還存在著基因拷貝數(shù)變異等多種形式的基因組多樣性。SNP位點(diǎn)不是人類尋找疾病成因的唯一線索。

此外,GWAS研究方法,不基于任何假設(shè),只是依賴于對(duì)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。這顯然有悖于傳統(tǒng)生物學(xué)“先假設(shè),后求證”的實(shí)驗(yàn)學(xué)精神。2010年4月,Nature曾同時(shí)刊發(fā)2篇文章“數(shù)據(jù)第一”,“假設(shè)第一”,對(duì)此進(jìn)行討論[31-32]。

全面否定人類基因組計(jì)劃的看法自然有失公允,正如柯林斯引用的“第一技術(shù)定律”所言：“任何一項(xiàng)新技術(shù),人們總是高估其近期影響,而低估其長遠(yuǎn)影響”。但是,如何深化對(duì)人類基因組的認(rèn)識(shí),并將人類基因組成果轉(zhuǎn)化為臨床應(yīng)用,確實(shí)是后基因組時(shí)代生命科學(xué)所面臨的主要挑戰(zhàn)。

5 后基因組時(shí)代的未來——個(gè)人基因組時(shí)代的個(gè)性化治療

“2010年,數(shù)種可預(yù)測疾病的基因檢測方法面世;相應(yīng)的干預(yù)療法減少人們的患病幾率;基因藥物將進(jìn)入臨床;胚胎植入前診斷雖然飽受爭議,但還是得到廣泛的應(yīng)用。美國將立法保護(hù)人們的基因隱私,預(yù)防基因歧視。進(jìn)入后基因組時(shí)代,科學(xué)研究將更加不平衡,發(fā)展中國家將更加滯后”。

以上是“人類基因組計(jì)劃”項(xiàng)目負(fù)責(zé)人柯林斯,在2001年人類基因組草圖完成之際,對(duì)于后基因組時(shí)代首個(gè)十年的科學(xué)預(yù)言。如今看來,大部分預(yù)言都已應(yīng)驗(yàn),人們寄予厚望的“基因藥物”卻沒有進(jìn)入臨床應(yīng)用。

2010年6月,“千人基因組計(jì)劃”完成第一階段研究任務(wù),它意義不僅在于1500萬個(gè)SNP位點(diǎn)[33]。更為重要的是,它標(biāo)志著人類大規(guī)?；蚪M測序已成為可能。人類基因組研究過程中,DNA測序技術(shù)的發(fā)展一直支撐并推動(dòng)了人類基因組的研究。DNA測序技術(shù)的突飛猛進(jìn)也使得人類基因組研究數(shù)據(jù)如同“摩爾”定律般的指數(shù)級(jí)增長。

20世紀(jì)末以“熒光標(biāo)記的Sanger法”為代表的“第一代測序技術(shù)”,實(shí)現(xiàn)DNA測序的“自動(dòng)化”。此后,毛細(xì)管技術(shù)代替平板電泳改善了DNA測序的“并行化”,第一代測序技術(shù)的發(fā)展使得繪制人類基因組草圖成為可能;20世紀(jì)初發(fā)展的“第二代測序技術(shù)”(羅氏公司的GS-FL XTM(454),Illumina公司的 Genome Analyzer,AB公司的SOLiDTM等),可以使基因組DNA片段與基質(zhì)直接連接進(jìn)行PCR,省略了克隆基因的過程。實(shí)現(xiàn)了DNA測序的“通量化”和“規(guī)?；?這又使得人類基因組研究完成了從“個(gè)體基因圖譜繪制”到“群體基因組研究”的飛躍。目前還有 Helicos Biosciences公司、Pacific Biosciences公司的“單分子實(shí)時(shí)測序”,以及應(yīng)用納米生物技術(shù)的“第三代測序技術(shù)”,值得期待。借助強(qiáng)大的DNA測序技術(shù),人們實(shí)現(xiàn)十年前所憧憬的“一千美元基因組”的夢想,不再時(shí)日遙遠(yuǎn)。

后基因組時(shí)代十年間,人類基因組計(jì)劃及后續(xù)研究的開展,已經(jīng)積累了“海量”原始數(shù)據(jù)。截止到2010年9月,世界上至少已經(jīng)完成2700份基因組圖譜,而到2011年年底前,這一數(shù)量會(huì)超過3萬份。人類已經(jīng)開始從基因組的水平,去探求遺產(chǎn)變異、疾病發(fā)生等生命現(xiàn)象的內(nèi)在機(jī)制。中國科學(xué)家2010年就先后發(fā)現(xiàn)“白癜風(fēng)易感基因”[34]、“食管癌易感基因”[35]、“肝癌易感基因”[36]等。

人類基因組草圖繪制完成十周年,個(gè)體化醫(yī)藥、基因藥物卻遠(yuǎn)未實(shí)現(xiàn),這成了后基因組時(shí)代生命科學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn)。面對(duì)這樣的挑戰(zhàn),只有不斷完善DNA測序技術(shù)、深入挖掘已有基因組數(shù)據(jù),才能逐漸認(rèn)識(shí)基因、環(huán)境、表型三者之間的內(nèi)在聯(lián)系。也只有這樣,十年前“人類基因組草圖”的真正內(nèi)涵和應(yīng)用價(jià)值方能顯現(xiàn)。

進(jìn)入后基因組時(shí)代,現(xiàn)代生命科學(xué)的發(fā)展迅猛,它給社會(huì)帶來的影響難以預(yù)知。因此,即便是要求柯林斯,這位組織和推動(dòng)“人類基因組計(jì)劃”的科學(xué)家,對(duì)十年后生命科學(xué)的發(fā)展程度作出準(zhǔn)確判斷,也是不現(xiàn)實(shí)的?？铝炙沟念A(yù)言至少可以體現(xiàn),目前科學(xué)界對(duì)生命科學(xué)發(fā)展方向的主流看法。

以下是2010年6月,柯林斯在“紀(jì)念人類基因組草圖完成十周年”講座上,關(guān)于后基因組未來的預(yù)言[37]：

“2020年,基于糖尿病、高血壓基因靶點(diǎn)設(shè)計(jì)的基因藥物將進(jìn)入市場;癌癥的治療將更多的借助腫瘤分子圖譜技術(shù)?；蛩幚韺W(xué)將成為新藥研發(fā)的常規(guī)方法;精神疾病的診斷技術(shù)將發(fā)生改變;同源重組技術(shù)將保證種系間基因治療的安全性?！?/p>

“2030年,基于個(gè)體基因圖譜的個(gè)性化醫(yī)藥將得到的廣泛應(yīng)用;醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)將被計(jì)算機(jī)模型所取代。人類平均壽命將到90歲;美國和世界其他地方將出現(xiàn)反技術(shù)運(yùn)動(dòng)。關(guān)于人類掌握自身進(jìn)化的議題,將繼續(xù)爭論。”

從柯林斯的預(yù)言中,我們不難發(fā)現(xiàn),“個(gè)人基因組圖譜”、“基因藥物”以及“個(gè)性化治療”這些與人類健康密切相關(guān)的研究,依舊是今后生命科學(xué)研究的熱點(diǎn)。如何解讀人類基因組圖譜,并促成這一科學(xué)成果走向臨床應(yīng)用,為提高人類健康水平、生活質(zhì)量服務(wù),這是后基因組時(shí)代生命科學(xué)面臨的主要挑戰(zhàn),也是未來數(shù)十年科學(xué)家為之奮斗的目標(biāo)。

從這個(gè)意義上,柯林斯將后基因組時(shí)代未來十年稱之為“個(gè)人基因組時(shí)代”,并引用《沙之箴言》的名句作為結(jié)語。

“對(duì)于未來,我們的任務(wù)不是預(yù)測,而是使之成為現(xiàn)實(shí)!”

(2010年10月8日收到)

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(責(zé)任編輯：沈美芳)

The 10th Anniversary of Post-Genomic Era：Review on Developments and Challenges of Life Science

LIU Bo-ning
Engineer,New Drug Research and Development Center,North China Pharmaceutical Group Corporation and National Microbial Medicine Engineering and Research Center,Shijiazhuang 050015,China

Ten years ago,the International Human Genome Project spent 3 billion dollars for more than a decade to complete the initial draft of the human genome.It was reasonable to consider that the scientists can draw the Map of Life and the life science stepped into post-genome era.In the first post-genome decade,on the one hand,the success of HGP have generated huge advance in biology science;on the other hand,the genomic medicine was not developed and the critics argued that genomics industry was a“genomics bubble”.Looking back over the past decade of human genomics,a retrospective review on developments and challenges of modern life science maybe promise insight into life science in post-genomic era.

life science,post-genomic era,human genome,personalized medicine,genome-wide association,system biology

10.3969/j.issn 0253-9608.2010.06.010