人類遺傳資源與生物大數(shù)據(jù)

方向東，朱波峰

前言

人類遺傳資源與生物大數(shù)據(jù)

方向東1,2,3，朱波峰4

1. 中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)，中國(guó)科學(xué)院基因組科學(xué)與信息重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué)，北京 100049 3. 中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)，基因組與精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)檢測(cè)技術(shù)北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100101 4. 南方醫(yī)科大學(xué)，法醫(yī)學(xué)院，廣州 510515

人類遺傳資源是指含有人體基因組、基因及其產(chǎn)物(RNA和蛋白質(zhì))的器官、組織、細(xì)胞、血液、制備物、DNA構(gòu)建體等人類遺傳資源材料及利用人類遺傳資源材料產(chǎn)生的數(shù)據(jù)等人類遺傳資源信息。中國(guó)人類遺傳資源是國(guó)家自然科技資源的重要組成部分，是維護(hù)公眾健康、國(guó)家安全和社會(huì)公共利益的重要戰(zhàn)略資源。2019年3月20日，《中華人民共和國(guó)人類遺傳資源管理?xiàng)l例》在國(guó)務(wù)院第41次常務(wù)會(huì)議上通過，自2019年7月1日起開始施行。中國(guó)人類遺傳資源在人類進(jìn)化、種族溯源、法醫(yī)學(xué)和生物醫(yī)學(xué)研究中發(fā)揮著不可或缺的重大作用。

隊(duì)列研究可通過對(duì)某一特定人群分組進(jìn)行隨訪或者縱向觀察監(jiān)測(cè)，比較各組危險(xiǎn)因素和暴露程度與人群結(jié)果的聯(lián)系，發(fā)掘疾病產(chǎn)生原因以及揭示疾病發(fā)展進(jìn)程，為各類慢性疾病的預(yù)防和診斷提供有效的科學(xué)依據(jù)。大型人群隊(duì)列已然成為流行病學(xué)研究和重大復(fù)雜性疾病研究的主要方法之一。目前國(guó)內(nèi)外均有很多典型的大型隊(duì)列研究，例如歐洲10國(guó)的European Prospective Investigation into Cancer and Nutrition (EPIC，52.1 萬個(gè)體)、美國(guó)的NIH-AARP Diet and Health Study (NIH-AARP，56.6 萬個(gè)體)、中國(guó)慢性病前瞻性研究項(xiàng)目(51.3 萬個(gè)體)、中國(guó)泰州人群健康跟蹤調(diào)查(20 萬個(gè)體)以及近年來采集組學(xué)信息的精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)研究隊(duì)列(如英國(guó)十萬基因組計(jì)劃、美國(guó)精準(zhǔn)醫(yī)療、中國(guó)十萬人基因組計(jì)劃)等。來自北京大學(xué)公共衛(wèi)生學(xué)院流行病與衛(wèi)生統(tǒng)計(jì)學(xué)系的王文秀等[1]在《基于“中國(guó)慢性病前瞻性研究”的遺傳資源建設(shè)與應(yīng)用》一文中對(duì)中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院、北京大學(xué)和英國(guó)牛津大學(xué)聯(lián)合開展的“中國(guó)慢性病前瞻性研究”項(xiàng)目(China Kadoorie Biobank, CKB)進(jìn)行了針對(duì)性介紹，重點(diǎn)展示了該項(xiàng)目資源的采集與管理以及近年來獲得的遺傳學(xué)研究成果。來自復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院的陳興棟等[2]在《大型人群隊(duì)列遺傳資源建設(shè)與利用》一文中以“泰州隊(duì)列”為例展示了大型人群隊(duì)列遺傳資源在建設(shè)過程中各環(huán)節(jié)的原則、方法、標(biāo)準(zhǔn)體系和具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)等，為今后我國(guó)大型人群隊(duì)列遺傳資源建設(shè)工作提供科學(xué)參考?！度祟愡z傳資源管理?xiàng)l例》中指出人類遺傳資源不僅包括人類遺傳資源材料，還包括人類遺傳資源信息，明確了人類遺傳資源數(shù)據(jù)的重要性，這些數(shù)據(jù)不僅關(guān)乎個(gè)人的健康，還與國(guó)家安全相關(guān)，需要統(tǒng)一的平臺(tái)保存管理。來自中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)國(guó)家基因組科學(xué)數(shù)據(jù)中心的張思思等[3]在《GSA-Human：人類遺傳資源數(shù)據(jù)管理的公共系統(tǒng)》一文中詳細(xì)介紹了人類遺傳資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)GSA- Human的數(shù)據(jù)庫性能、運(yùn)作模式、國(guó)內(nèi)外影響力，并深入思考了其面臨的挑戰(zhàn)以及未來的發(fā)展方向，共同為豐富國(guó)家人類遺傳資源庫數(shù)據(jù)盡一份力，推進(jìn)遺傳資源成為國(guó)家重要戰(zhàn)略資源。

法醫(yī)學(xué)是人類遺傳資源利用的重要領(lǐng)域之一，典型的人類遺傳標(biāo)記如單核苷酸多態(tài)性(single nucleotide polymorphism, SNP)、短串聯(lián)重復(fù)序列(short tandem repeat, STR)和微單倍型(microhaplotype, MH)等被應(yīng)用于族群、系譜、體貌等特征刻畫，親子鑒定以及群體遺傳結(jié)構(gòu)等相關(guān)法醫(yī)學(xué)研究。來自四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院的王浩宇等[4]在《基于全基因組數(shù)據(jù)AI-SNPs篩選及大陸次級(jí)區(qū)域內(nèi)群體遺傳結(jié)構(gòu)差異研究》一文中使用千人基因組計(jì)劃中東亞的五個(gè)群體，建立了基于F的祖源信息單核苷酸多態(tài)性遺傳標(biāo)記(ancestry-informative sin-gle nucleotide polymorphism, AI-SNP)篩選法，對(duì)于減小大陸次級(jí)區(qū)域內(nèi)群體遺傳結(jié)構(gòu)差異對(duì)群體相關(guān)醫(yī)學(xué)研究的影響具有實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。來自中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系的劉志勇和北京警察學(xué)院的任賀等[5]在《基于有限突變模型和大規(guī)模數(shù)據(jù)的19個(gè)常染色體STR的實(shí)際突變率研究》一文中使用Slooten與Ricciardi提出的有限突變模型和大規(guī)模數(shù)據(jù)，對(duì)28,313例中國(guó)北京漢族已確認(rèn)親生關(guān)系的親子鑒定案的19個(gè)常染色體STR基因座突變現(xiàn)象進(jìn)行了深入研究。其團(tuán)隊(duì)重視隱形突變和一些少見的突變，得到了更為接近真實(shí)情況的新突變率結(jié)果。為科學(xué)解釋STR親子鑒定結(jié)果，優(yōu)化法醫(yī)學(xué)親子鑒定和個(gè)體識(shí)別方法提供了重要依據(jù)和理論支撐。來自四川大學(xué)華西基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)與法醫(yī)學(xué)院李茜等[6]在《微單倍型遺傳標(biāo)記的法醫(yī)基因組學(xué)研究》一文中基于千人基因組計(jì)劃中105個(gè)中國(guó)南方漢族個(gè)體的全基因組測(cè)序數(shù)據(jù)，構(gòu)建了迄今為止最全面的MH 數(shù)據(jù)集，并且提出了構(gòu)建該MH數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)方案。在法醫(yī)實(shí)踐案件偵查中，辦案人員面對(duì)的對(duì)象主要為尸體/人體、毛發(fā)、骨、血液、精液及其斑痕等人體生物檢材，在研究過程中伴隨著一系列的社會(huì)倫理道德和生物安全問題。來自中山大學(xué)中山醫(yī)學(xué)院法醫(yī)學(xué)系的劉志勇等[7]在《法醫(yī)遺傳學(xué)研究和鑒定中的倫理問題》一文中提及了國(guó)際上相關(guān)的倫理性規(guī)范文件，并對(duì)樣本/檢材收集、法醫(yī)DNA表型分析、法醫(yī)遺傳系譜學(xué)分析、親子鑒定、數(shù)據(jù)交流共享等具體方面所涉及的倫理問題進(jìn)行了深入探討，并針對(duì)我國(guó)法醫(yī)遺傳學(xué)工作中出現(xiàn)的倫理問題提出三大建議。同樣來自西安交通大學(xué)口腔醫(yī)院的郭瑜鑫等[8]在《生物安全視野下的法醫(yī)學(xué)研究》一文中整理了法醫(yī)學(xué)研究中涉及到的生物安全內(nèi)容，同時(shí)點(diǎn)明了法醫(yī)學(xué)研究今后面臨的挑戰(zhàn)與機(jī)遇、提倡各從業(yè)人員重視生物安全問題，遵循生物安全原則，凈化法醫(yī)學(xué)研究環(huán)境。

近年來，隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和組學(xué)新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，基因組、轉(zhuǎn)錄組、表觀組、蛋白質(zhì)組、代謝組等不同種類的組學(xué)數(shù)據(jù)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，而對(duì)多組學(xué)數(shù)據(jù)的整合分析，也成為科學(xué)家探索生命機(jī)制和疾病、腫瘤等發(fā)生發(fā)展規(guī)律的新方向。來自中國(guó)科學(xué)院北京基因組研究所(國(guó)家生物信息中心)的王昕玥等[9]在《組學(xué)大數(shù)據(jù)和醫(yī)學(xué)人工智能》一文中舉例介紹了近年來多組學(xué)和人工智能在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域各自的應(yīng)用進(jìn)展，以及兩者結(jié)合應(yīng)用相對(duì)于單組學(xué)或非人工智能的優(yōu)勢(shì)，最后簡(jiǎn)單闡述多組學(xué)分析和人工智能在現(xiàn)階段面臨的挑戰(zhàn)，為未來精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)這一必然趨勢(shì)提供可行的研究思路。多組學(xué)研究技術(shù)的更新迭代以及信息時(shí)代的迅猛發(fā)展，伴隨著數(shù)據(jù)量的爆炸式增長(zhǎng)，也帶領(lǐng)生物醫(yī)學(xué)開始進(jìn)入大數(shù)據(jù)時(shí)代，來自中國(guó)科學(xué)院上海營(yíng)養(yǎng)與健康研究所生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中心的鄭廣勇等[10]在《前沿信息技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用及展望》一文中介紹了云計(jì)算、區(qū)塊鏈、人工智能等前沿信息技術(shù)在生物醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)中的應(yīng)用與展望。

未來，應(yīng)用人工智能等前沿信息技術(shù)，探索生物醫(yī)學(xué)多組學(xué)大數(shù)據(jù)，揭示人類遺傳資源所蘊(yùn)含的重要信息與規(guī)律將成為國(guó)家人口健康與安全領(lǐng)域的重要研究方向。我國(guó)人類遺傳資源進(jìn)入管理化、規(guī)范化道路，必將提高我國(guó)面對(duì)生物安全問題的防范能力，完善道德倫理規(guī)范，為我國(guó)人類遺傳資源的保護(hù)、開發(fā)、管理和利用建立良好的研究環(huán)境。

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2021-10-14

方向東，博士，研究員，研究方向：醫(yī)學(xué)遺傳學(xué)、精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)大數(shù)據(jù)。E-mail: fangxd@big.ac.cn

朱波峰，博士，教授，研究方向: 法醫(yī)遺傳學(xué)。E-mail: zhubofeng7372@126.com

10.16288/j.yczz.21-355