楊煥明：像爭奪國土一樣爭奪基因資源

北京基因組研究所所長楊煥明：像爭奪國土一樣爭奪基因資源

我國科學家10月在深圳宣布，世界上第一個黃種人全基因組標準圖繪制完成。承擔該項目的華大基因研究中心稱，這是我國在承擔國際人類基因組計劃1%任務、國際人類單體基因10%任務后，用新一代測序技術獨立完成的100%黃種人基因組圖譜。
 
從承接1%到實現100%的跨越，作為人類基因組計劃中國部分負責人，中科院北京基因組研究所所長、華大基因研究中心主任楊煥明的心中，有說不清的酸甜苦辣。
 
“生物資源成為繼國土資源之后的又一可供再爭奪、再占有的戰略資源。”楊煥明曾經在一篇文章中很明確地表示，“人類基因組計劃所發展起的戰略與技術，使生物資源由原先的群體種質資源轉變為序列化與信息化。”生物產業的特點是資源依賴性與資源信息化。
 
“不認識到這一點就有可能使我們的生物資源流失，使生物產業失去源頭與上游，建立的生物技術也會成為無米之炊。”這是楊煥明他們的一致看法。

 
首個黃種人基因組圖譜
 
至今讓他記憶猶新的日子，是在1999年9月1日。
 
當日，國際基因組計劃第5次戰略會議在倫敦召開，準備接納中國加入國際測序俱樂部。首先遵循的是“百慕大原則”，規定所有符合要求的數據都應在24小時內上網。
 
“我們需要在5分鐘之內，匯報實驗室所有情況，包括面積、設計、多少人、機器跑一次可以生產多少數據、準確率等，再加上我們已遞交給國際基因數據庫的數據，來證明我們已做了多少工作。”楊煥明這樣向記者回憶道，“還有一個非常詳細的預算。根據這樣的運行，可比成本要多少，能不能保證這筆錢落實。”
 
最終，這些條件，“我們都保證了”。楊煥明說。
 
“我國承擔的工作區域位于人類3號染色體短臂上，約占人類整個基因組的1%。”楊煥明說，“這一項目由科技部、中科院和國家自然科學基金會組織與資助，具體實施單位為北京華大基因研究中心、國家人類基因組北方研究中心和國家人類基因組南方研究中心。”
 
就在中國完成人類基因組計劃1%任務后，隨后的國際人類單體型圖計劃中，中國又承擔了其中10%的工作量。
 
“人類單體型圖計劃”簡單講，就是研究白人、黑人和黃種人有哪些不同，比如，白種人為什么會對感冒特別敏感，而黃種人覺得感冒只是一種小病等。
 
有人將個體全基因組序列圖稱為“人體的第二張解剖圖”，其作用是通過分析人體染色體堿基序列，獲得個人基因組，以幫助預防遺傳疾病，并實現個性化治療。目前全世界共發現2000個與疾病有關的人類基因，其中1500個已在美國用于臨床診斷。
 
“個體差異總是大于任何人種、種族的。”楊煥明說，“人種之間、族群之間、群體之間，確實存在著一定程度的差異，這些細微的差異已足以成為第一代能識別‘敵’‘我’的種族或群體特異性生物滅絕武器。”
 
楊煥明舉例說道：“從人種來說，白種人中常見對艾滋病病毒有天然免疫功能的人，但是在亞洲人(黃種人)中還沒有發現或者是極為少見；而中國至今沒有發現過的囊泡纖維化，在白種人中的發病率卻為1/400。”再比如，“從群體說，中國南方并不罕見的蠶種病患者，他們一個基因組中的細微差異可能使他們吃上幾顆蠶豆便會斃命。”
 
為什么中國要參與人類基因組計劃？楊煥明告訴記者，這可以使中國平等分享該計劃所建立的所有技術、資源和數據，并使我國成為世界上少數幾個能獨立完成大型基因組分析的國家。
 
DNA雙螺旋結構發現者之一的詹姆斯·沃森也認為，中國的基因組研究機構“可以和世界上任何一個國際同類機構競爭”。
 
“中國要有自己的數據和參考樣本，進而掌握自己的基因檢測技術。有了黃種人特有的醫學遺傳圖譜，才能全面篩選黃種人群特異性疾病基因，為后期預防醫學研究做好鋪墊。”深圳華大基因研究院院長汪建告訴記者。
 

為全新基因醫療手段打下基礎
 
此次黃種人基因圖譜首次繪制完成，楊煥明和他的同事們認為，正是給未來推行的全新基因醫療手段打下了基礎。
 
“由于黃種人突變位點與白種人不盡相同，不能完全照搬國外的診斷標準。”楊煥明這樣設想， 10年后，只要花費1萬元就可以擁有一張自己的個人基因圖譜，幫助提前發現惡性疾病和進行個體化治療。楊煥明更樂觀預測，基因預測、基因預防、基因診斷、基因治療將使整個醫學改觀。
 
“這個計劃可以說是國際千人基因組列序計劃的組成部分之一，但屬于為我們在自己的土地上測定自己的第一個基因組，跨出了第一步。”楊煥明對此頗為自豪。
 
下一步，華大基因研究中心將再繪制99個中國人個體全基因組序列圖，構成中國人群遺傳和多態性標準圖譜，使之成為基因與醫療和健康的關鍵組成部分。
 
他們預想，今后對于遺傳疾病，只要根據患者個人的基因圖譜，“逮住”其中出了問題的基因，然后用最直接的辦法使基因恢復常態。
 
“簡單說，擁有了自己的基因圖譜后，就可以像查字典一樣，把生病器官最根源的決定者找到。”華大基因研究中心負責人說。
 
“由此可以根據每個人的‘基因特點’對癥下藥。”而“二十一世紀的醫學，也就是個體化醫學。”根據楊煥明的設想，以“基因圖”作為生活中飲食起居的“參考書”，并有可能通過調整生活方式、改善生存環境與我們的基因更和諧。
 
不過，也有專家指出，人類基因組測序的完成只是一個基礎工作，要徹底探究明白人類基因的功能與表達還有很長的路要走。

 
中國人基因測序，僅走到門邊
 
這對于普遍認為的基因遺傳研究其價值到底有多大？楊煥明介紹說：“生命最主要特點是遺傳信息從親代到子代傳遞的連續性，即‘龍生龍、鳳生鳳’。”
 
此不僅反映了生物的連續性，更重要的是反映了生命遺傳的穩定性，而這一穩定性基礎，便是遺傳信息在復制與傳遞中的準確性。
 
“DNA的堿基序列，就像電子計算機‘單碼’一樣，具有最基本的信息單位，所有的遺傳信息都是由這樣的‘單碼’編寫的。”楊煥明說。
 
“基因組學在短短幾年，已從根本上改變了我們對生命、包括對人類自身的認識，改變了生命科學的觀念，以及研究策略、規模與方法。”楊煥明告訴記者，尤其“基因組學也是我國難得的已居世界前列的領域”。
 
他說，在健康和生物醫藥方面，人類基因組序列圖的意義在于通過對疾病發生和發展機制研究，發現一批可用于基因藥物、疾病診斷、風險預測、藥物靶點或生育控制的功能基因，從而發展疾病診斷、治療，而基因工程藥物、基因治療、生物芯片診斷技術等市場未來比較廣闊。
 
臨床上，基因組研究將識別所有常見疾病的遺傳和環境因素，通過基因組學研究改善發展中國家人群的健康狀況，預期到2030年將基本完成鑒定和識別主要的復雜性疾病，如心血管疾病、代謝和內分泌疾病，并闡明這些疾病及惡性腫瘤的發病機制。
 
就目前研究來看，癌癥病人和精神疾病病人或將成為基因研究最大和最先受益的人群。
 
基因之父詹姆斯·沃森在2006國際基因組學大會上稱，腫瘤通常是DNA受損后，健康細胞產生缺陷并無限制分裂導致的，因此，通過解讀人類基因的遺傳機理，就可以知道病人或正常人有哪些基因發生了突變，從而選擇最佳防治方法。
 
同樣，精神疾病防治也會因基因技術發展有大的飛躍，沃森表示，精神疾病有明顯的遺傳特征，人類基因圖譜繪制成功后，它將能以此為對照，幫助找到疾病發病機理和基礎，做出防范。
 
不過，在實際運行過程中，“人類疾病和基因有一種‘說不清楚’的關系。雖然基因組測序工作已全部完成，但到目前為止真正搞明白的只有兩萬多個基因，還有很多基因功能不清楚。”為此專家認為，疾病是每個人的基因型和環境相互作用的結果，從個人基因組圖譜中獲得的知識，還要與環境因素結合起來考慮。
 
對于絕大多數常見腫瘤來說，個人基因圖譜只是提供參考信息，不能因為某個人的某個基因缺陷，就認定其將來一定會患腫瘤。此外，蛋白質的表達、修飾也并不完全由基因來決定，后面還有一系列的復雜生命過程。
 
“這說明，個人基因組圖譜具有‘兩面性’。” 工程院院士程書鈞這樣認為，如果合理使用它，把其作為認識某些單基因疾病或復雜疾病的重要參考信息，是非常有用的；反之，過度解釋和夸大這張圖的作用，特別是夸大其在復雜疾病診斷上的作用，在當前醫學研究還不很完整、人類對很多疾病認識還很膚淺的情況下，可能會適得其反。
 
但不管怎么說，我國在世界人類基因組計劃中分擔了1%，而目前中國人的第一位黃種人基因組圖譜工作已經完成，“從前沿技術角度來說，我們跟世界同步，這是有戰略價值的。”衛生部一位專家告訴記者。
 
不過他同時認為，雖然從基因角度弄清楚了中國人具備哪些特征，但不等于這個問題之后，很多事情都能解決。
 
“對某一類中國人染色體基因組搞清楚，與中國人疾病原因可以搞清楚，這是兩個概念。”該專家介紹，基因是基礎，但不同的人有不同的疾病表現形式。
 
事實上，染色體中的位點與疾病相關性研究才剛剛開始。“我們只是走到門邊，后續還有很多事情要做。”他說。

 
成本和未來機會
 
DNA分子在細胞核內的染色體上，由兩條相互盤繞的鏈組成，每一條鏈都是由單一成分首位相接縱向排列而成，這種單一成分被稱為堿基，堿基有4種，分別簡寫為A、T、G、C，它們排列組合構成基因。
 
根據專家介紹，人類基因組計劃的目的，就是把人類23對染色體上的堿基排列順序一一測試出來，以供科學家進一步研究。
 
美國普林斯頓大學教授錢卓認為，基因圖譜的完成就似編撰了一本大字典。可通過查閱哪一段A、T、G、C的排列組合表示哪個基因；同時，這個基因決定了人類的哪種行為。
 
“如果確定了這些，人類將可能通過藥物改變自身的基因來治療各種與遺傳相關的疾病。”進行此項研究的專家預想。
 
人類基因組計劃(HGP)最早于1990年10月在美國啟動，其核心是分析人類基因組DNA分子的堿基排列順序，繪制成序列圖。隨著英、日、德、法等國的響應，使HGP演變成大型國際科技合作計劃，中國作為唯一的發展中國家參與其中。
 
2000年6月，HGP完成了人類基因組序列的“工作框架圖”；2003年4月14日，美、英、日、法、德和中國科學家宣布共同繪制完成人類基因組序列圖，跨越13年的國際HGP提前完成。
 
“此次完成的人類基因組序列覆蓋人類基因組99%的核苷酸序列，誤差小于1：10000bp(堿基對)。”楊煥明介紹，同時，“全世界都可以通過因特網上的公共數據庫不受限制地免費獲取這些信息。”
 
北京華大基因研究中心博士張猛說，雖然在5月初我國科學家就宣布完成了1%的基因草圖任務，但他們仍在不停測試，以進一步提高精確度，而“測出的序列通過電腦在24小時之內到達了國際人類基因組計劃的公共數據庫里”。
 
同時，隨著新測序儀器問世，以前耗費幾年和數億美元的項目，現在利用新技術可在幾個月內花幾千萬元就能完成個人基因組圖譜繪制。
 
當然，由于人類基因組約有30億個堿基對，雖然測序成本一直在下降，但測定一個人的全基因組圖譜，成本仍然十分昂貴。
 
“如果把成本降到1萬美元，將來也許會有更多的人能擁有自己的個人基因組圖譜。”沃森認為。
 
對于該項科研成果的商業應用前景，汪建表示：“目前國際人類基因組計劃和‘炎黃計劃’就是要造福人民，換句話說就是擁有巨大的商業價值。”他說，這項計劃，使當下很多普通人可以企及，“比如器官移植，配型的過程相當重要，其實質就是基因比對，最簡單、最可靠的技術實際上就是基因測序服務。”
 
不過，并存的問題是，如何更好地保管、使用和為這份包含了個體所有遺傳信息資料的“身份證”主人進行資料保密；以及目前實行全球免費共享的人類基因組計劃全部測序圖，未來一旦出現不同人種之間的醫學遺傳細分圖時，人類和投資方是否還愿意繼續執行免費共享標準？這些問題如何解決，仍存在于科學家的研究過程中。

 
楊煥明
 
●1952年10月生，浙江溫州人
 
●1979年考入原南京鐵道醫學院，1982年獲碩士學位，并留校任教
 
●1984年～1988年，赴丹麥哥本哈根大學學習，獲博士學位
 
●1990年～1992年，哈佛大學醫學院博士后
 
●1992年～1994年，加州大學洛杉磯分校博士后
 
●1994年~1998年，中國醫學科學院協和醫科大學任教授、博士生導師
 
●現為中科院北京基因組研究所所長、華大基因研究中心主任

 
主要成就：
 
●主持完成的“人類基因組計劃——中國卷”，使中國成為這一被稱為“二十世紀登月計劃”的宏偉項目的成員國
 
●2003年，“華大基因”在水稻基因組完成圖、家蠶基因組“框架圖”的繪制以及SARS冠狀病毒的基因組研究及建立診斷方法上作出了新的成績