作者:于军 来源:中国科学报 发布时间:2021/3/18 15:08:41
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我国应尽快启动“全民基因组测序工程”

 

20年前,“人类基因组计划”公布其初步成果——人类基因组序列与基因图谱。这一划时代的大科学项目,承前启后,推波助澜,载入人类文明史册,成为现代化研究模式——规模化、自动化、数据引领——之典范,其所开启的时代正是以大数据为基础的“数字基因时代”。

当今,身处“数字基因时代”,我国应尽快启动“全民基因组测序工程”,这是一项惠及国民健康的世纪性大科学工程。基于“人类基因组计划”取得的经验,我们有理由期待,这项“世纪工程”在测定每个人基因组的目标下,演变成助力数字医疗和数字健康的种种大科学工程,最终实现科学与社会需求、经济需求、国家需求紧密接轨,学以致用,促进生产力释放。

“人类基因组计划”留给我们什么经验?

“人类基因组计划”以 “人类遗传学圣杯”和“癌症研究转折点”的预期意义,成为人类文明史上现代科学发展的不朽丰碑,也塑造了国际科学界“打破国界”、“原则共识”、“合作通力”的范例。

启动新的大科学工程,求教于“人类基因组计划”取得的经验十分必要。首先,“人类基因组计划”彻底解读了一个“代表性”的人类全基因组序列,实现了科学界积数百年认知所确立的基本共识——基因组序列承载着物种基本遗传信息全部和多维生命信息的基本坐标,这也成为人类研究自身种种科学的唯一出发点。个体间共同发生和特异发生位点在疾病(人群)中的分布的概率变化为我们解开诸多人类疾病之“锁”提供了一把把“金钥匙”,正是我们要运用精准医学原理和技术要深入研究的对象。

其次,“人类基因组计划” 成功确立了一个 “五位一体”的 大科学发展范式,包括深刻认知新学科的萌出 (包括基因组学、生物信息学、转化医学等),迅速建设有效的基础设施(建立新研究单元、布局经费资助等 ),果断提出大科学项目(如“人类基因组计划”和“精准医学计划”),提前开发关键核心技术(DNA测序仪、微流控、纳米孔、片上实验室即“Lab-on-chip”等),接轨应用科学(分子诊断、生物制药、转化医学、分子育种等 )和新兴产业。这一范式成为当今科学研究实现前瞻性、规模化的途径,能够为“精准医学计划”提供现成的“路线图”。

“世纪工程”已具备可操作性

在“人类基因组计划”宣布完成的10年后,2011年,美国正式提出全新的大科学计划“精准医学计划(Precision Medicine Project)”,新的研究机构——国家促进转化科学中心(NCATS )也随即成立。该计划终极目标是测定每一个人的基因组,也称为“全民(All-of-Us)基因组计划”。英国和世界其他一些发达国家也提出了目的相似的计划。

在我国,基于对举国体制、国家和国民执行力的认知,以及对未来社会与经济效益的期待和共识、求教于“五位一体”的现代科学发展范式,我们认为应该立即规划启动中国的“全民基因组测序计划”。

值得强调的是,“全民测序”概念已经远不止是一个百万人测序的科学计划的概念了,而是一个国家层面的大科学工程——对数量在千万到亿量级的全体国民进行基因组序列。可以说,这一工程的实施对于任何国家而言,都是一项投资高、耗时长的大工程。

当前,我们认为,在我国实施这项工程已经具备可操作性。原因如下:第一,就技术平台而言,目前的第二代DNA测序仪不仅可以满足起始通量和价格的需求,而且还有成倍降价的空间。仔细核算下来,目前基因组覆盖率在30x或总核苷酸数100Gb的“个体基因组全序列”成本价格大约在300美元左右,通过工程性优化继续降低成本至1000元人民币左右就可以启动这个计划。如果按每年测定1-2亿人共10年的跨度计算,最终的成本可能会降到300-500元。这相对于目前我国年平均健康保障支出4000元人民币而言,财物负担并不大。

第二,就平台建设的必要性和可持续发展前景而言,人类社会利用“数字基因”技术造福社会的愿景正开始变为实现。在这个愿景下,不仅人类基因(组)测序将成为临床医学的常规“处方”,药物基因组、病理转录组(多种细胞转录组测序)、肿瘤基因组(多次基因组测序)、示踪宏基因组(基因组+转录组组测序)、季节流行性病原微生物组(常规性基因组测序)等测序数据也将成为临床医学的常规分子检测内容。

第三,就技术平台的延伸和新技术的开发而言,除了DNA测序技术以外,基因分型和PCR(DNA聚合酶链式反应)技术也会成为常规性分子诊断设备,其基本应用是快速和现场验证测序技术获得的遗传位点信息。另外,RNA直接测序技术也需要突破性开发。

因此,我们有理由相信,“全民基因组测序工程”的实施会成为人类战胜疾病、护卫健康的新起点。

有关数据的科学与非科学问题

当然,“全民基因组测序工程”的实施也必须充分考虑将要面临的科学与科学以外的各种问题。其中,后者将来自社会、伦理、法律等各个领域。

仔细分析起来,这些问题根本上源于数据的解读与应用。

首先是科学上的解读。一次性获得个人的全基因组数据后,“重头戏”其实还在后面的数据解读,也是精准医学的起点。至少应该包含三个方面:

第一,个体、家族和群体基因组间变化(也叫等位基因)的发现与验证,将有助于解决包括人类的起源、迁徙历史、民族形成等科学问题。

第二,确定所有已知罕见遗传疾病的患者、患者家族和患者人群,确定已知常见疾病的相关遗传位点;通过建立个人健康档案和医疗档案,进而实现与数字基因档案并档,同时启动鉴定各类常见疾病的关联研究。

第三,通过时间轴的延伸和动态,发现未知疾病相关基因,处理个体在健康状态和医疗过程中所需要的遗传信息咨询,比如多基因代谢疾病、药物敏感性、不良反应、疾病预后评价等,从而逐渐实现精准诊断、精准用药、个体疗效评价等。

其次,科学以外的问题不仅可能是大问题,也可能成为更棘手的问题。比如,如何通过立法来保护个人遗传信息的“隐私”、如何使这些高价值的敏感信息“脱私”和“脱敏”后被合法地、科学地、有效地共享和使用等等。不过,好在与其它可数字化信息类似,遗传信息并没有太多的特殊性,通过严格管理和保护来促进和疏通利用的渠道。只有在统筹的基础上,理智、直面这些问题,我们才能通过探讨和辩论正确应对。

当前,在面向人民生命健康的要求下,我国生命科学和医学“走向世界”“引领世界科学前沿”的衡量标准已经再清楚不过——“世纪工程”层面的规划、可实施和考核的大科学项目、永久性基础设施和研究单元、技术突破口、人才团队的识别才是关键。

惠及每一个国人健康的“全民基因组测序工程”正是面向未来的精准医学的“破局点”。我们应当抓住机遇,尽快启动这项世纪工程。

(作者系中国科学院北京基因组研究所(国家生物信息中心)特聘研究员,本报记者甘晓整理)

 
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