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炎黃一號(hào) [“炎黃一號(hào)”:破譯黃種人“密碼”]

發(fā)布時(shí)間:2020-02-18 來(lái)源: 人生感悟 點(diǎn)擊:

     10月11日,中國(guó)科學(xué)家對(duì)外宣布“炎黃一號(hào)”繪制完成,距離世界上首份“個(gè)人版”基因組圖譜的誕生僅僅4月余,成本僅幾百萬(wàn)美元。   “炎黃一號(hào)”由深圳華大基因研究院、生物信息系統(tǒng)國(guó)家工程研究中心、中國(guó)科學(xué)院北京基因研究所合作完成,深圳華大基因研究所承擔(dān)了其中的主要研究任務(wù)。
  “這不僅是全球第一個(gè)中國(guó)人的基因組圖譜,也是世界上超過(guò)20億人口的黃種人的第一份基因組圖譜。”深圳華大基因研究院副院長(zhǎng)王俊博士在新聞發(fā)布會(huì)上強(qiáng)調(diào)。在此之前,已有兩個(gè)白種人的基因圖譜問世。
  這一進(jìn)展,對(duì)于主要分布在亞洲地區(qū)的黃種人整個(gè)群體來(lái)說(shuō),影響深遠(yuǎn)。
  “同樣的基因,對(duì)于不同的環(huán)境和人群,都有可能產(chǎn)生不同的作用;因此,對(duì)西方人的研究并不一定就適合中國(guó)人,這正是繪制出中國(guó)人自己的基因組圖譜的意義所在!边@一項(xiàng)目的總負(fù)責(zé)人、中國(guó)科學(xué)院基因組信息學(xué)中心暨北京華大基因研究中心主任楊煥明教授解釋說(shuō)。
  
  四個(gè)“字母”的革命
  
  早在上世紀(jì)50年代,科學(xué)家就發(fā)現(xiàn),人體細(xì)胞中雙螺旋形狀的DNA(脫氧核糖核酸),包括了幾乎所有的遺傳信息。這些遺傳信息,具體體現(xiàn)在DNA大分子的一個(gè)個(gè)特殊的片段上,我們將這些攜帶遺傳信息的片段稱為基因(gene);所有這些基因,就構(gòu)成了人體的基因組(genome)。
  從化學(xué)構(gòu)成來(lái)看,每個(gè)基因,就是一段核苷酸序列;因?yàn)閴A基的不同,這些核苷酸又可以分為腺嘌呤(A)、鳥嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)四種。通常一個(gè)基因上,有幾千個(gè)甚至上萬(wàn)個(gè)核苷酸。這樣,一個(gè)人的基因組,即一個(gè)人的所有遺傳信息,就是由大約30億個(gè)這樣的“字母”構(gòu)成的序列。
  1985年,諾貝爾獎(jiǎng)獲得者雷納托?杜爾貝科在美國(guó)《科學(xué)》雜志上第一次提出了“人類基因組計(jì)劃”,呼吁進(jìn)行人類全基因組測(cè)序,即給這30億個(gè)“字母”排排隊(duì),希望能夠由此揭開生命的奧秘。
  1990年10月,美國(guó)政府決定出資30億美元,正式啟動(dòng)“人類基因組計(jì)劃”。原本預(yù)期在2005年完成的人體全部基因序列工作,在2003年就提前完成。
  其中,1999年7月在國(guó)際人類基因組組織注冊(cè)后,北京華大基因研究中心也承接了該項(xiàng)目中的人類3號(hào)染色體短臂上一個(gè)約3000萬(wàn)個(gè)核苷酸序列的測(cè)序任務(wù),約占人類整個(gè)基因組的1%。
  當(dāng)時(shí)基因測(cè)序所使用的技術(shù),是英國(guó)桑格研究所創(chuàng)立人弗雷德里克?桑格發(fā)明的雙脫氧終止法。即根據(jù)核苷酸在某一固定的點(diǎn)開始生長(zhǎng),在某一個(gè)特定的堿基處終止,不同的核苷酸長(zhǎng)成不同的長(zhǎng)度,在凝膠上電泳進(jìn)行檢測(cè),從而獲得DNA序列。1980年,他因此獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。
  這一技術(shù)雖然幫助人類開始了“基因革命”,但無(wú)論是在速度、成本還是準(zhǔn)確度上,都存在相當(dāng)?shù)娜毕。正因如此,從上世紀(jì)90年代末開始,科學(xué)家開始不斷開發(fā)新一代的自動(dòng)測(cè)序技術(shù),以提高測(cè)序效率。
  在過(guò)去短短數(shù)年中,基因測(cè)序領(lǐng)域的技術(shù)革新無(wú)疑是驚人的。
  2007年5月,“454生命科學(xué)公司”與貝勒醫(yī)學(xué)院合作,完成了對(duì)DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)明人之一詹姆斯?沃森的基因組測(cè)序。只用了兩個(gè)月的時(shí)間,花費(fèi)不到100萬(wàn)美元;速度比原來(lái)提高了上百倍,成本下降了上百倍。
  就以此次深圳華大基因研究院所使用的5臺(tái)美國(guó)solexa公司出品的自動(dòng)測(cè)序儀為例,從開始準(zhǔn)備到完成第1個(gè)黃種人的基因組測(cè)序,也只用了3個(gè)月的時(shí)間;不僅如此,測(cè)序的準(zhǔn)確度,也提高了5到10倍。
  “包括藥品、機(jī)器折舊和人工在內(nèi)的成本,大約為四五百萬(wàn)元人民幣!鄙钲谌A大基因研究院副院長(zhǎng)李松崗教授說(shuō)道。
  華盛頓大學(xué)基因組學(xué)系教授、美國(guó)科學(xué)院院士梅納德?奧爾森指出,隨著儀器的進(jìn)步,已經(jīng)正式開啟了對(duì)個(gè)人進(jìn)行基因組測(cè)序的空間:雖然現(xiàn)在成本對(duì)于普通人而言依然很高,但對(duì)于許多研究機(jī)構(gòu)來(lái)說(shuō),已經(jīng)可以接受了。
  
  從1到100
  
  在奧爾森教授看來(lái),單獨(dú)一個(gè)人的數(shù)據(jù),科學(xué)上的研究意義相當(dāng)有限。但他指出,中國(guó)人完成黃種人的基因圖譜繪制,表明“中國(guó)已經(jīng)成為基因組學(xué)這一國(guó)際科學(xué)界最活躍的領(lǐng)域中的一個(gè)主要參與者”。
  根據(jù)目前的人種學(xué)研究,人類分為四種,包括白種人、黑種人、黃種人和澳大利亞土著人。從生物學(xué)上看,白種人和黃種人比較接近,同黑種人差異較大。到目前為止,科學(xué)家發(fā)現(xiàn),具備編碼功能的基因,僅占人類基因組的不到10%;任何兩個(gè)人之間基因上的差異,都不到0.01%。但也正是這0.01%看上去有些微不足道的差異,卻帶來(lái)了不同人種間身高、體型、膚色等各方面的差異。
  因此,盡管黃種人在生物學(xué)上與白種人比較接近,在國(guó)際上已經(jīng)有了白人基因圖譜之后,通過(guò)繪制黃種人的基因組圖譜,來(lái)尋找哪怕是最細(xì)微之處的差別,仍十分重要。
  然而,選擇什么樣的個(gè)體作為黃種人的代表,來(lái)進(jìn)行基因組測(cè)序,這是個(gè)問題。
  在李松崗看來(lái),第一個(gè)人的選擇其實(shí)并不難。雖然他不愿意透露其具體身份,但有幾個(gè)先決條件是肯定的,即這個(gè)人起碼在血統(tǒng)上是中國(guó)人,幾代內(nèi)都沒有混血,而且沒有明顯的疾病,大致是個(gè)正常人。
  困難的是如何選擇隨后的99個(gè)人,以獲得一個(gè)合理的小樣本,來(lái)反映不同人種間的差異性。
  通常認(rèn)為,只有獲得上百人的基因組數(shù)據(jù)之后,才可能歸納總結(jié)得到不同人種間帶有共性的差異。因?yàn)檫@100人的選擇,必須要考慮到整個(gè)黃種人族群的特點(diǎn),包括各個(gè)民族之間的差異等;而且,從現(xiàn)有的人類學(xué)知識(shí)來(lái)看,有時(shí)不同民族之間的生物學(xué)差異,甚至還不如地域上的差異大。
  中南大學(xué)生物技術(shù)學(xué)院一位不愿透露姓名的負(fù)責(zé)人表示,以中國(guó)人的生物學(xué)特征為例,明顯地以長(zhǎng)江為界分為南北兩派;這種遺傳上的差異,應(yīng)該是漫長(zhǎng)的歷史中天然阻隔產(chǎn)生的聚集效應(yīng)反映在進(jìn)化上的結(jié)果。
  因此,在各種復(fù)雜的因素中間,如何根據(jù)一定的比例分配樣本量,選擇最能代表黃種人的99個(gè)人,還需要進(jìn)一步的精心設(shè)計(jì)。
  另外一個(gè)問題是,根據(jù)目前的普遍認(rèn)識(shí),疾病的發(fā)生,往往不僅取決于遺傳,也取決于環(huán)境;根據(jù)膚色或者說(shuō)人種,來(lái)對(duì)基因組進(jìn)行全面研究,到底能在多大程度上幫助人類對(duì)抗疾。
  在奧爾森看來(lái),利用膚色來(lái)區(qū)分遺傳特異性,將極大地增進(jìn)人類對(duì)疾病的了解,從而提高應(yīng)對(duì)疾病的能力。
  不同人種之間在疾病上的差別,不僅表現(xiàn)在疾病的易感性上――比如中國(guó)人鼻咽癌患病率就相對(duì)較高,其中以廣東等地為最,即使移民到美國(guó)也一樣――同時(shí),也表現(xiàn)在對(duì)藥物的反應(yīng)上。例如,從總體上看,黃種人兩種主要的藥物代謝酶CYP2D6和CYP2C19的活性就低于白種人,因此使用某些心血管藥物的時(shí)候,所用的劑量就應(yīng)該略微低一些。
  因此,一旦了解各個(gè)人種在遺傳上的特異性,雖然還無(wú)法回避環(huán)境的影響,仍可以幫助人類更有針對(duì)性地采取預(yù)防疾病,甚至治療疾病。
  
  解碼第一步
  
  根據(jù)華大基因研究院的設(shè)想,也許就在10年之內(nèi),僅僅花費(fèi)1000美元左右,每個(gè)人就可以得到自己的基因圖譜;從而發(fā)現(xiàn)自己容易得什么病,應(yīng)該采取什么針對(duì)性的治療手段,以延長(zhǎng)自己的壽命,并且提高生命質(zhì)量。
  但奧爾森教授提醒說(shuō),從技術(shù)上說(shuō),10年內(nèi)測(cè)序技術(shù)提高到普通人都可以接受的程度,是有可能的;不過(guò),即使得到了基因序列,也僅僅是“萬(wàn)里長(zhǎng)征”的第一步。要真正讀懂這本“天書”,要走的路還很長(zhǎng)很長(zhǎng)。
  要讀懂基因圖譜,不僅需要先進(jìn)的儀器,更需要在經(jīng)驗(yàn)、技能和分析能力上都兼?zhèn)涞难芯咳藛T。這樣的人在全世界范圍內(nèi)也屈指可數(shù)。
  在基因序列內(nèi)的堿基序列的改變,往往會(huì)使得以其為藍(lán)本進(jìn)行“翻譯”的蛋白質(zhì)序列發(fā)生改變,從而影響了蛋白質(zhì)的功能。
  這種改變,被認(rèn)為是導(dǎo)致生物性狀改變的直接原因。所以,找到這些改變的地點(diǎn)并全部進(jìn)行標(biāo)記,將是比排列全基因組更繁重的工作。
  或許,短期之內(nèi),對(duì)于普通人而言,針對(duì)某種特定疾病進(jìn)行檢測(cè)的“單核苷酸多態(tài)性(SNP)”檢測(cè),也許更加現(xiàn)實(shí)可行一些。
  在幾千、上萬(wàn)個(gè)核苷酸構(gòu)成的基因上,只要出現(xiàn)一個(gè)核苷酸的變化,其表現(xiàn)形式就大不一樣?茖W(xué)上,將這種變化稱為“單核苷酸多態(tài)性”。它是人類可遺傳的變異中最常見的一種,占所有已知多態(tài)性的90%以上。平均每500至1000個(gè)堿基對(duì)中就有一個(gè)SNP,估計(jì)其總數(shù)可達(dá)300萬(wàn)個(gè)。
  深圳微芯生物科技有限公司總裁魯先平指出,通過(guò)SNP分析,不僅可以進(jìn)行疾病易感基因定位,也可揭示人群中不同個(gè)體對(duì)不同藥物的敏感性差異,甚至可以用于罪犯身份的鑒別、親子鑒定以及器官移植中供體和受體間的配對(duì)選擇等方面。
  因此,從這種意義上講,完成黃種人的全基因組測(cè)序,其意義不僅在于可以幫助人們預(yù)測(cè)是否會(huì)得心臟病、糖尿病等,更重要的是,它為我們打開了一本寫著人體“遺傳密碼”的大書,哪怕現(xiàn)在還僅僅是扉頁(yè)。
  
  “神秘島”的恐慌
  
  不過(guò),“炎黃一號(hào)”的問世也引起了部分人的恐慌!拔铱偸遣挥勺灾鞯叵肫稹渡衩貚u》!睆母呓粫(huì)去往華大基因研究院的路上,一位媒體同行表現(xiàn)出一絲憂慮。
  《神秘島》又名《逃出克隆島》,描述了一個(gè)貌似烏托邦、卻被21世紀(jì)中葉先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)設(shè)備武裝起來(lái)的社區(qū)。社區(qū)里的所有居民都是“神秘島”居民們的克隆人,他們的存在只是為了給他們的“原型”提供各種更換用的身體零件,而這個(gè)社區(qū)其實(shí)只是個(gè)軟禁他們的牢籠……
  如果有一天,生命密碼完全解開,“基因”變得像流水線上的產(chǎn)品可以隨意生產(chǎn),電影中的可怕一幕會(huì)成真嗎?
  “基因科學(xué)確實(shí)很敏感,主要就是對(duì)‘克隆人’的擔(dān)心,但這在任何一個(gè)國(guó)家都不允許出現(xiàn)!鄙钲谌A大基因研究院克隆平臺(tái)負(fù)責(zé)人杜玉濤表示。
 。ňC合《財(cái)經(jīng)》2007年第22期、《望東方周刊》2007年第44期,作者為該刊記者)

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