人类基因组计划三年回顾

人类基因组计划三年回顾

北京基因组研究局副所长于军向报纸报道了这一事件。目前，国际人类组织的计划正在进行“三项延续”的研究。其中之一是国际人类基因单倍体计划，旨在分析世界上人类基因的多样性。第二，对每个国家（或种族）的遗传因素的多态性研究。第三，多态性遗传因素与疾病有关的研究。在这个生命科学前沿领域,汇集了国际一流科学家和科学强国的战略眼光,也汇集了随之而来的巨额资金。于军认为,在未来的5年中,这三个续集都将有惊人的“作品”问世。“国际人类基因组计划”把人类带入了一个新的“生物学世纪”。从重新发现生命的最基本信息——基因开始,人类正在进行着对自己最大、最深入的研究,其中包括对自我、对生命世界乃至大自然空前规模的探索。基因组学:人类生物意识中的一个大科学生命科学家对基因的研究几近于“着迷”:自从发现了基因,他们试图将可观察到的生物性状和生命现象统统与基因联系起来;自从有能力将基因的DNA序列解开,他们就梦想有一天可以得到所有物种的全部DNA序列,稳操“生命蓝图”。以人类基因组图的完成为标志,这一天已经到来。科学家得到了除人类之外近千个物种的“生命蓝图”。系统地研究物种的全部基因,及相关产物所构成的生理结构和生命活动的学问,被称为基因组学亦即基因组生物学。这就是当今引领国际生命科学前沿的前沿学科。于军说,近年来生命科学界时髦的“某组学”,实际是强调了基因组生物学的不同聚焦点。例如,聚焦在基因产物RNA上,就成为“转录组学”;聚焦在基因产物蛋白质上,就成为“蛋白质组学”;聚焦在代谢途径上就成为“代谢组学”等等。实际上均是基因组学研究中不同的分系统而已。就其对象而言,基因组学是一个大学科。地球上现存物种近亿,大大小小的生物,无一例外,都有个基因组。从简单的病毒到复杂的人类,从动物到植物,从海洋到高山,生命多样并相互联系。基因组学研究包括对基因产物(转录子组、蛋白质组、代谢组等)的系统性研究,也必然要上升到细胞学过程,及其分子生物学机制和系统生物学的水平。基因组作为信息载体,它所储存的信息是最基本的生物学信息之一;既是生命本质研究的出发点,又是生物信息的归宿。据估计,人类总测序能力在未来5年里将还要增加10倍以上,达到每年测定3000亿碱基的能力。可以说,以DNA测序为先导的“基因组信息工业”已经走在生命科学和生物技术发展的最前沿,将不断造就新技术和新领域。就其研究规模而言,基因组学是一门大科学。基因组研究所总结的规律多具有普遍意义,基因组的信息是用来发现和解释具有普遍意义的生命现象和它们的变化、内在规律和相互关系。在于军看来,基因组学的研究成果会渗透到以下领域:——医学科学,基因组学在提高健康人群生活质量和疾病防治方面的应用,因为基因组学可以提供解析复杂疾病与常见疾病的科学工具,乃至使个体化药物与个体化治疗成为现实。——正在被基因组学渗透的是农业及相关领域,渔业与林业也不会被忽略,它们正在等待基因组学的革命性影响力。——生态和环境科学领域更需要基因组科学的渗透,那里的未知数更多。——能源科学也离不开基因组学的基础,尤其是与环境友善的生物能源开发。基因组学研究计划中科院北京基因组研究所在去年底正式成立,今年的5月28日又正式举行挂牌仪式,该所前身就是著名的北京华大基因研究中心。在过去5年中,他们以出色的科研成就蜚声海内外——从参与1%国际人类基因组计划,到独立完成中国超级杂交水稻的全基因组框架图及精细图的绘制;从与丹麦合作的家猪基因组研究,到参与国际鸡基因组计划;从与西南农业大学合作完成的家蚕基因组计划,到冲锋在抗击“非典”前沿……逐步奠定了该所世界一流的科研能力。当前,国际人类基因组计划正在向纵深发展,于军称其为“三部续集”:国际人类基因单倍体图计划,试图分析全世界人群基因的多样性;各民族(或种族)的基因多态性研究;基因多态性与疾病相关性的研究。全世界基因组学研究的精英人才都把目光聚焦在这些领域当中,期待获得国际领先的科研成果,尤其是将遗传相关疾病的诊断放在首位。随着人类基因组计划的进展,人们愈来愈相信基因组中的这类多态性有助于解释个体的表型差异、不同群体和个体对疾病,特别是对复杂疾病的易感性以及对各种药物的耐受性和对环境因子的反应。因此,寻找与研究单核苷酸多态性(SNP)已成为人类基因组计划“续集”的内容和目标之一。中国人如何写好“三部续集”?如何在世界科技前沿的竞争中保持一流竞争力?基因组学研究的国家战略需求是什么?深入思考这些问题,所长杨焕明等人决定,北京基因组研究所研究目标的选择,在于不断引进新技术,不断平衡科学前沿研究与国家发展需求的关系。根据现有的研究基础和日趋完善的技术平台,他们提出了三个具有中国特色的基因组学研究计划:“炎黄计划”、“神农计划”和“轩辕计划”。所谓“炎黄计划”,实际上是“国际人类基因组单倍体图计划”在中国的别称与延伸,对中国的群体遗传学资源加以开发、利用和保护,制作具有更高分辨率的中华民族群体基因组单倍体图,定位并普查可能影响人类健康的基因变异(或称等位基因),尤其聚焦在糖尿病、肥胖、高血压、癌症、老年性痴呆等常见疾病和其它慢性疾病方面。于军介绍说,“炎黄计划”将带出的“拳头科研产品”,包括中华民族基因组单倍体图,综合人类遗传资源库(永生细胞株和骨髓等)和综合数据库等。他谈到,目前在该项研究中,中国实际上拥有美、英所不具有的强大资源优势。美国是移民国家,基因研究的资源非常分散和琐碎,从某方面来讲形成了制约。而我国是一个多民族的人口大国,丰富的人群遗传资源是研究人类基因组多样性、人类进化以及人类疾病相关基因的宝贵材料。英美两国分别于去年和今年启动了50万人口和100万人口“流行病学研究计划”,长期跟踪这群人的健康变化,以期得出缜密、科学、客观的人群基因多样性研究结果。从研究能力上讲,于军认为北京基因组研究所与美英的这些研究机构相差无几,关键是目前还没有能力去动员政府部门启动“100万人口流行病学研究计划”。“炎黄计划”预计研究周期为3年,预算资金为8亿元。当记者表示出惊讶时,于军有些激动地说,这仅是个很小的数字,尚不敌美英等国的一个基因组研究机构1年的资金预算。科学来不得半点的虚假,况且我们所用的仪器设备和试剂大都依赖从美国进口。遗憾的是,目前我国有关科技主管部门和决策层似乎尚未充分意识到基因组研究正处在十分关键的“黄金时期”,在该领域大约为期2年的更新周期内,如不能抓住机会,将会使现有的资源优势和研究优势丧失殆尽,届时只能眼巴巴地看着别人的答案和知识产权无可奈何。这就是科学前沿竞争的残酷。人类基因组织的未来接受《瞭望新闻周刊》采访的专家指出,从总体上看,我国现有基因组研究队伍的总体状况和科学技术水平,与国际先进水平仍存在着相当大的差距;而国家在基因组基础科学领域的投资强度与美、欧、日相比仍然是非常微小的;我国拥有的遗传资源优势,是一种潜在的理论上的优势。要从基因资源大国转为基因研究大国,还须付出极大努力。于军自豪地说,“我们知道什么是真正的科学前沿,也知道从哪里入手能够在国际竞争中保持优势”。1%项目后,他们感到,必须使研究始终立足于我国自身的生物资源,于是提出了“神农计划”和“轩辕计划”计划。于军把“神农计划”简称为“中药现代化”,该计划首先研究野生的中草药的基因“指纹图谱”与在家养过程中基因丢失的过程。他介绍说,是中草药的基因多样性导致了它们具有不同的药用价值。但在长期的家养过程中,许多的基因丢失了,表面上看来黄芪还是那个黄芪,但其基因已经不完全是从前的基因了,由这些基因产生的药用化合物分子也就没有了。他们期待以基因来鉴定中草药,通过测定冬虫夏草、丹参、黄芪、柴胡等若干中草药的基因组序列和分子标记物,建立中草药数据库和资源库,立足于防治常见疾病和传染性疾病。“轩辕计划”聚焦的是国家战略需求,包括食物、能源与环境。在谈到这个话题时,于军这样向记者提问:对于水稻、玉米、小麦等世界三大谷物来说,真正的科学命题是什么呢?他指出,在这些作物近万年的人工栽培过程中,人类始终在追求其产量和味道等等。但以基因研究的眼光来看,近万年的进化过程,首先是个基因丢失的过程,已经有许多的基因在漫长的岁月中丢失了;其次是个基因变化的过程。人们在给这些农作物施肥的过程中,使其吸收微量元素的能力大大提高——这意味着人类可吸收的营养元素大大减少了:比如,水稻的碳水化合物的比例在家养化过程中不断增高。人类赖以生存的三大作物最大的危机是,它们已不再具有“再驯化”的可能,失去了特有的基因多样性或性状多样性。基因研究的目的就是要找到含有优良性状的基因,并培育出来。5年内测定大豆、马铃薯、油菜等重要经济作物的基因组,初步揭示杂交优势、杂种进化等植物物种的重要遗传特征。还要测定包括香蕉、西红柿等蔬菜水果的基因组;并继续“家猪基因组计划”,“家鸡基因组计划”等家养动物的基因组计划。如何使中国丰富的基因资源变成基因研究优势?这是业内人士十分关注的问题。中科院副院长陈竺指出,未来我国基因组学的研究计划,应注意基因组科学和生物医学及其他学科和大的产业发展方向的衔接,避免孤军作战。应吸引数学、数理、化学等其他学科人才和工业界加入基因组科研队伍。政府对于人类基因组计划应有较长期、稳定的专项投入。为了切实保证基因组基础数据为全人类所有,应进一步加强国际间的互利合作,使我国的人类基因组计划融入世界的人类基因组研究中。这样,我国研究就能获得持久的动力。他认为,我国作为人类遗传资源极为丰富的发展中国家,功能基因组学、医学或疾病基因组学的研究应放到十分重要的位置,使之成为今后我国基因组科学发展最重要的方向。参与“黑监”第32号染色体测序的国际专家研究国家人类基因组南方研究中心近日宣布,以中、日、德等国科学家为主的国际研究协作组,经过近3年的努力,完成了黑猩猩22号染色体测序和比较基因组学分析,其研究成果在5月27日出版的国际权威学术刊物——《自然》杂志上全文发表。这一工作是我国基因组学界继人类基因组、微生物基因组、水稻基因组等项目后取得的又一代表性成果。2001年,国家人类基因组南方研究中心代表中国作为主要成员之一参加了由中国(大陆和台湾)、日本、德国和韩国科学家组成的“黑猩猩22号染色体测序”国际协作组。经过近三年的努力,协作组完成了黑猩猩第22号染色体长臂的测序,共获得3300多万个碱基(33.3Mb)序列,精确率高达99.998%,其中南方中心高质量地按时完成了500多万个碱基(>5Mb)区域的测序任务,约占全部工作量的16%,列在所有参加单位的第二位。有关专家介绍,对黑猩猩第22号染色体长臂连续、完整的序列测定,有利于更为准确地进行与其相对应的人第21号染色体的比较和分析,从而获得许多重要的信息。国家人类基因组南方研究中心成立于1998年,是我国基因组学研究和应用开发的主要基