當生物技術進入2.0時代

十一年前，美國《自然》雜志刊登了第一張人類基因圖譜草圖，從此醫療界圍繞基因科學展開了一場革命。十一年后的今天，隨著信息科學的飛速發展，人體基因密碼的全部破譯是否指日可待？

第一張人類基因圖譜

1984年，加利福利亞大學的圣西摩爾教授計劃繪制人類基因圖譜，但卻遇到了重重阻撓，最終只是于1985年成立了一個人類基因測序的研討小組。在當時，DNA排序是一件極其耗費時間和金錢的事情，很多生物學家認為大多數的DNA是無用的，繪制整個基因圖譜是一種浪費。另外，學者們也唯恐研究經費會從自己已有的科研項目中流向基因圖譜繪制。但圣西摩爾教授的想法還是引起了美國能源部和國家衛生研究院的重視。美國于1990年開始著手繪制基因圖譜，很快全球都在這一工作中投入了大量的資源。終于，在2001年的2月份，美國《自然》雜志刊登了一張由美、英、法、德、日、中6國科學家共同完成的人類基因圖譜草圖。

鏈接：“垃圾”基因

在人體所有DNA當中，有許多DNA并沒有對蛋白質的合成發出指令，因此被稱為“垃圾”基因。但是它們至今仍然沒有被廢棄或者消失，這說明這些被閑置的基因可能擁有屬于自己的特殊使命。有學者提出，這些“垃圾”基因在整個基因群中可能扮演著緩沖器的角色，讓細胞的更新換代緩慢下來，從幾分鐘一代的速度降低到每12個小時一代。

成果：基因圖譜讓醫療變得個性化

事實證明，繪制基因圖譜是一場醫學上的革命，它讓人類步入了“個性化醫療”時代。一些疑難雜癥可以從病人的基因入手，在給病人開藥時也應該先考慮基因可能對藥物效用造成的影響。

a.尋找致病的基因變異

一個土耳其嬰兒一直處于脫水的狀態中，體重也無法正常增加，醫生們懷疑這個嬰兒患有腎臟方面的遺傳疾病，但是卻遲遲無法做出正確的診斷。最后，該嬰兒的血液樣本被寄到了耶魯大學醫學院的理查德·利夫頓實驗室。短短10天內，利夫頓的實驗小組給這個嬰兒所有的蛋白質編碼基因（占整個基因組的1%）進行了測序，并且成功找出了造成這種疾病的基因變異，也證明問題并非之前所猜測的腎臟疾病。

b.去除下一代的致病基因變異

基因圖譜不僅讓這個嬰兒免去了痛苦，還可以福澤他的下一代。當他長大成人后，他可以選擇人工受精的方式，篩掉那些帶有致病基因變異的受精卵，保留其他健康的受精卵。

c.規避對藥物的不良反應

莫妮卡是另一位受益者。莫妮卡的室友安·沃茨克奇是基因測試公司23andMe的創始人之一，因此莫妮卡也做了DNA測序。一次長途飛行后，莫妮卡的大腦中形成了一個血栓。醫生給莫妮卡開藥時，她提醒醫生自己的一個基因變異使她對于血液稀釋劑華法令特別敏感。如果不是之前的DNA測序告訴了莫妮卡這一點，醫生開出的平常劑量的血液稀釋劑有可能會讓她大出血。

一些基因影響著我們身體對藥物的反應。例如波利維是一種防止心梗和腦梗的常用藥，但是亞裔和非裔人群的基因卻使這種藥物在他們體內不能完全發揮效用，這讓醫生在給他們開藥時必須要加大劑量，或者跟其他藥物一起使用。我們每個人都有幾百個基因變異，它們影響著人體對于藥物的反應，其中很多變異都十分罕見，因此，找出一兩個普遍存在的變異只是一個開始。只有繪制出全人類的基因圖譜，才能夠給我們提供一張關于人類對于藥物反應的準確畫面。

d.預測未來的患病幾率

查理做了一次基因組測序，結果發現他的基因組當中有21個基因變異會提高他患2型糖尿病的幾率。但他不必過于擔心，因為單個基因變異的影響力十分微小，所有21個基因變異加起來讓他患上2型糖尿病的幾率也不過9%，只比2型糖尿病6%的遺傳率略高。因此，如果查理積極控制自己的飲食，加強鍛煉，那么他可能一生都不會患上糖尿病。

許多常見疾病，如高血壓、癌癥，都與糖尿病一樣，是一種復雜疾病，也就是說并非某一個基因變異導致了疾病的發生，而是多個基因變異再加上環境影響共同導致了疾病。

雖然我們已經掌握了一些導致常見疾病的基因變異，但它們都屬于常見基因變異，還有大量的罕見基因變異被忽略了。現今利用DNA掃描預測未來的健康狀況可能還處于起步階段。

·醫療·

阻礙：復雜疾病的預測有多難

如果我們能夠從基因圖譜中把可能導致疾病的“壞”基因一一找出來，那么在預測復雜疾病患病幾率時將有一個令人無法想象的飛躍，但這方面的進展卻緩慢得令人焦急，到底是什么阻礙了研究？

基因學者原本企圖用常見基因變異制作一本關于遺傳病的“字典”，即把常見基因變異根據疾病分門別類。如果一個人有某一類的常見基因變異，便能根據這類變異在“字典”里找到相應的疾病，并且做好預防工作。然而經過研究，他們卻發現罕見基因變異所起的效應要更大。不幸的是，罕見基因不具有普遍性，而且總體數量巨大，沒有制藥公司愿意為了少數人開發研制新藥。

這一結果讓基因學家對復雜疾病有了新的認識。當常見基因變異對于某種常見疾病的影響微小時，我們也許應該把目光轉到罕見基因變異上，并在治療常見疾病時考慮病人不同的基因情況。例如，以往基因學家認為是多種常見基因變異共同導致了精神分裂癥，但后來他們發現其實單個罕見基因變異的效應更大，而且每個罕見基因變異導致的精神分裂癥的類型也不同，在治療時根據每個患者的基因情況制訂不同的療法，比使用統一的療法更好。

工具：讓技術推動研究

遺傳學僅僅發展了150年，與其他傳統科學相比還處于起步階段。基因學中的許多根本性問題一直懸而未決，但是我們的研究能力卻在這短短150年中有了長足的進步。一開始，DNA測序基本是依靠人工運用放射性核苷和板凝膠來實現的。那時，一位技術十分熟練的DNA測序人員一天最多能夠完成10000個堿基對的測序，而目前最先進的自動儀器每天可以完成1億個堿基對的測序，以往花十幾年才能完成的工作，現在一個月就夠了。

新的技術讓研究者們能夠從染色體組、蛋白質組、代謝物、成像數據中獲得信息，然后整合這些信息，從而對一個有機體進行多維度的思考。日新月異的技術發展讓研究者們看到了許多超出他們設想的東西，并且影響著他們思考問題的方式和下一步的研究方向，可以說是技術的發展推動了研究。（如果您想了解更多關于基因的知識，請查閱2011年第9期《健康之家》特別關注。）

鏈接：DNA新語法規則

奧地利生物化學家埃爾文·查戈夫于1950年發現，構成DNA的四種分子腺嘌呤（A）、鳥嘌呤（G）、胸腺嘧啶（T）和胞嘧啶（C）的大致比例為：腺嘌呤=胸腺嘧啶=30%，鳥嘌呤=胞嘧啶=20%。根據這一等比規則，腺嘌呤與胸腺嘧啶的結合以及鳥嘌呤與胞嘧啶的結合，共同形成了一股雙螺旋，因此查戈夫規則適用于所有雙鏈DNA。此后的60年中，再也沒有人發現其他類似規則。

現今，在擁有了大型的DNA數據庫以及強大的計算機運算能力后，巴西應用生物信息學實驗室的米歇爾·山岸和圣保羅金邊大學的羅伯特·赫爾瑞通過觀察和反復運算，大大擴展了DNA語法規則，并將它們提煉為4個等式。在他們所研究的32個物種中，有30個物種相當精準地出現了這些模式，包括人類。該結論可能極有價值。