科学界又完成了人类基因组精细图和医学遗传图,目前正在启动癌症基因组计划
文/《瞭望》新闻周刊记者张乐 李斌 和苗
5年前,当第一次如此近距离的接触基因时,这个城市的公众曾好奇地询问:“基因是什么?”“人类基因组计划又为何物?”5年后,在杭州举行的2006年国际基因组学大会上,他们关心的问题发生了变化。
随着人类基因组计划测序工作的完成,“人类基因组的研究将走向何方?”“人类基因组计划什么时候才能真正造福于人类健康?”成为公众关心的话题。
完成医学遗传图
2001年8月“第十次人类基因组测序国际战略会议”在杭州召开时,恰逢《人类基因组序列的初步测定及分析》在著名科学杂志《自然》上发表,人类基因组计划“中国卷”通过国家验收。作为国际人类基因组计划的战略协调会议,会议着重讨论了人类基因组“完成图”的绘制、“人类基因组计划”最后阶段的协调、以及人类基因组计划的发展方向等重要战略问题。
中科院北京基因组研究所暨华大基因研究中心执行主任汪建说,过去的5年,科学家们的主要工作在于,做好这个被誉为“生命登月”计划的“人类基因组的精细图”。
他说,2001年发表的框架图作为草图,完成了人类基因组90%的工作量。“事实上,精细图是我们最近5年来最主要的工作。”2004年,人类基因组计划发表了人类基因组的精细图整体分析,但汪建说,“每一个染色体一个一个基因的全部破解,即便到今天也没有完成。”而且现在人类基因组计划所做的,不过是一个具体的白种人的基因组图,并不能代表黄种人、黑种人等其他种族的基因组状况。
另外,去年10月前,人类基因组计划还完成了一个医学遗传图。这个遗传图试着在全球选择了380多个白种人、黄种人、蒙古人种和黑种人,比较这些不同的种群在人类进化过程中存在哪些结构上的不同。科学家们希望通过比较,了解人种结构的不同能否对指导不同人种的生活方式和临床用药有所启发。
医学基因组学是目前人类基因组计划研究的两个最主要的方向之一,同时也是个体化医疗的基础。汪建说,这项研究主要通过基因研究,探究个体对糖尿病、肿瘤等疾病是否敏感以及个体患上某种疾病的几率。人与人之间存在很大的个体差异,“因此,就目前我们的研究进展看,还不能回答有多少因素是在出生前就被父母亲的遗传锁定的。”
汪建和他的工作伙伴此前在西双版纳进行的一项调查发现,在当地35岁以上的人群中,有40%的人患有高血压,40%的人有高血脂,还有20%的人有高血糖。“这样的结果导致的后果要远远严重于非典和艾滋病这样的传染性疾病,因为这几乎牵涉到每一个家庭。”汪建说,到底是经济急剧发展,人们生活水平迅速提高所致,还是中国人的人种中含有患病的潜在基因?急切需要科学的佐证。
汪建承认,当年在杭州组建华大基因南方测序中心的时候,曾经乐观地估计了基因测序技术的快速发展和对医学、社会、产业带来的拉动。“但现在我们发现,当时的估计可能过于乐观。”这位博士中肯地说,基因组学的发展本身是一个十分艰难而漫长的过程,尽管人们对此充满急切的期待,但仍然需要足够的耐心。
杭州出现的“基因门诊”
经过多年努力,杭州已成为我国基因测序能力最强的城市之一。在杭州“华大基因”的合作和支持下,从去年10月起,浙江大学遗传与基因组医学中心主任祁鸣教授在浙江大学医学院附属第一医院开出了我国第一个“基因门诊”。
每周四,祁鸣都会在医院出诊,对有关患者进行基因检测和基因诊断。和以往遗传门诊主要诊断遗传病不同,“基因门诊”可对和基因有关的大部分疾病进行辅助式诊断。“我们通过了解患者的病史、家族史,抽取病人血样进行DNA序列分析,寻找有关致病基因。”祁鸣说。
祁鸣曾师从中国著名生物学家谈家桢院士、美国人类遗传学学会前主席彼得拜耳斯教授和美国“医学遗传学之父”安诺莫图斯凯院士,并获美国临床分子遗传学行医执照。他说,由于大部分人类基因是否和疾病有关尚是个未知数,目前的基因检测仍然只是初步阶段。“但我相信,随着基因组学的发展,人类终有一天将拥有自己的个人基因图谱,而基因检测也将成为常规的检测手段,被绝大多数医生运用、绝大部分患者知晓。”
近年来,在美、英等国,科学家尝试将基因检测方法应用于医学领域,一些高校设立了基因组医学中心或者分子医学实验室。而作为中国首家基因门诊,“开业”一年来已成功为300多例患者进行了基因检测。
事实上,人类基因组计划启动以来,对于医学和科学专家寻找致病基因和探究致病的机理已开始起到关键性作用。1990年人类基因组计划尚未启动之时,人类仅仅发现了不到100种疾病。2003年这个数据跃升至990种,而在随后的3年半时间里又增加到1292种。祁鸣说,“在2003年掌握的990种疾病中,有639种可以开展临床治疗,而其余的351种则正在致病机理的寻找之中。到了2006年,可开展临床治疗的疾病数量上升到了999种,而正在寻找致病机理的疾病数量则下降到了293种。”
癌症基因组计划启动
国际人类基因组计划总协调人弗朗西斯柯林斯在本次大会上透露,由美英共同合作的癌症基因组计划已于2个月前在美国宣布正式启动。作为人类基因组计划在医学实践上最直观具体的运用,其目标是把目前已有的知识、工具和手段应用于癌症基因组研究之中,在DNA序列水平上找到DNA的变异哪些与癌症相关,然后再运用各种新技术进一步找到致癌的原因。他说:“我们还想让中国也成为这个计划的重要参与者,像上次参与人类基因组计划一样一起合作。”
柯林斯说,癌症基因组计划在美国是一个创新性研究计划,总投资1亿美元。目前的研究主要集中在脑癌、肺癌和卵巢癌——这是美国发病率最高的三种癌症。
这位美国国立卫生院国家人类基因组研究中心主任说,癌症基因组计划的工作量与创新程度都远远超过了人类基因组计划,规模可能相当于1000个、甚至10000个人类基因组计划。
柯林斯说,目前他们已向中国发出正式邀请,并且相信“中国会成为癌症基因组计划的主要参与者与重要贡献者”。人类基因组计划中国部分负责人、中科院北京基因组研究所所长、华大基因研究中心主任杨焕明说,中国癌症基因组研究的初步蓝图已经于10月16日在科技部863计划网站上发布,并且得到了国内科学界前所未有的支持。
在中方的设计方案中,中国计划与美国开展合作联系主要表现在两个方面:一是延续美国已经开展的研究项目。目前的研究表明,部分已发现的肿瘤的遗传性变化确实具有人种特异性。二是针对美国尚未开展研究,而在中国发病率比较高、危害比较大的肿瘤。另外,中方还将研究肿瘤发生的共性问题。
杨焕明说,中国目前还没有明确对具体哪个肿瘤开展研究,但是研究对象至少要具备4个技术上的要求:发病率比较高、危害比较大、增长速度最快的肿瘤;具有一定中国特点,在中国发病率比较高的肿瘤;原来研究基础比较好的肿瘤;确实能帮助阐明肿瘤的发生与发展机制、具有特殊临床意义的肿瘤。
尽管到目前为止,癌症基因组计划尚未形成像人类基因组计划那样,有明确参与国家、每个国家承担多少任务的具体计划,但柯林斯坚定地表示,他们将像上次的人类基因组计划合作一样,将此次癌症基因组计划做成一个有国际影响力和关注度的国际项目。而美国国家人类基因组研究中心主任、DNA双螺旋结构的发现者、诺贝尔奖获得者詹姆斯沃森也热切地表示,“中国的加入将引起美国乃至世界对这个计划的进一步重视。”
柯林斯说,2001年他曾经预测说到2010年用基因做前期诊断会成为可能,这看来在未来两三年内就会实现。他现在再次预言,到2020年的时候,个性化的治疗将会成为可能。