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北京基因组研究所承担了973、科技攻关、863、自然科学基金和院知识创新工程等国家和中国科学院的重大科研任务,取得了令人瞩目的成就,如参与完成了国际人类基因组单体型图计划,独立完成了“中国超级杂交水稻基因组计划”、家蚕基因组计划及家鸡基因多态性图谱等一系列重大科学项目,率先在国内完成sars病毒的基因组测序及诊断试剂研制等。基因组学对生物医学、农学、药学、环境科学的影响将会极为深远。北京基因组研究所也将在这样一个大背景下发挥更大的作用,争取成为一个世界著名的研究机构并作为国际基因组学的领导者。

被注解的生命

基因王国
2013年11月19日
如果说人类基因组计划是为了精确地撰写生命之书,那么当2003年,这个堪比曼哈顿计划和阿波罗登月的工程收工的时候,科学家们却发现,他们仍然看不懂这本谜一样的天书,仍然不能完全揭示生命的奥秘。于是同年9月,一项名为“dna元件百科全书”(the encyclopedia of dna elements, encode)的庞大“解密计划”渐渐开展起来了。历时9年时间耗资1.5亿美元,来自5个国家32个研究机构的442名科学家,终于在2012年的9月5日以在nature,genome biology和genome research三篇杂志上以同时发表30篇论文的方式,向世人展示他们杰出的研究成果,宣示着这个继人类基因组计划之后的最大型的国际合作项目的完成。然而颇为讽刺的是,这项计划中的研究主体,在这最近的几十年里,却被普遍认为是没有生物意义的“垃圾dna”。&1972年的时候,一位名叫susumu ohno的遗传学家提出“垃圾dna”(junk dna)这一概念,并在随后的几十年里,这一概念被用来形容那些基因组上没有生物学意义的非编码dna序列。由于当时的人们普遍认为蛋白质才是决定生物性状的关键,同时也没有一种好的理论和技术手段来解释这些“垃圾”存在的原因,于是在这随后的时间里,“垃圾dna”这一观念,渐渐根深蒂固起来,并影响着人们对于基因组的认识与研究工作,而著名的科普刊物《科学美国人》(scientific american)甚至宣称,这一“邪恶”的观念,已经迟滞了人们的基因组学的研究。&2003年人类基因组计划完成之后,人们发现人类的全基因组包含了超过30亿个碱基对,大约20000个基因,但是把这些基因的序列加起来,却仅仅只有全基因组长度的1.5%!难道这么1.5%就能解释同卵双胞胎的差异,能帮助人们找到各种疾病的原因?难道作为地球主宰的人类,其基因组中的98.5%竟然是垃圾?难道造物主能容忍一部100分钟的电影,有98.5分钟都是广告?人们疑惑了,质疑了,并且开始行动了!&十年磨一剑,虽然这个计划还有需进一步补充完善的地方,但是,它却已经颠覆了我们的传统思维,将我们带入了一个新的基因组时代。&正如基因这个词,“dna或rna分子上具有遗传信息的特定核苷酸序列”这一解释已经植根于我们的脑海中几十年了,并且已经将dna序列与生物性状两者间画上了根深蒂固的等号。然而当encode完成,科学家们发现多达400万个基因开关和功能调节因子占据着大约20%的基因组序列的时候,基因的概念也随之动摇而变得陈腐了。想象一下,每个基因对应着差不多200种各类型的调节方式,而不同的调节方式又决定着差异的生物性状,那么真正影响生物性状的,或者说生命的精髓,不应该是那些核苷酸序列本身,而是那些丰富的调节方式,是那些调节后的转录产物。于是就有人提议,基因的概念是否已经过时,是否应该重新定义为那些具有生物意义的转录本?新一轮的争论由此开始了。&另外,以前生物医药研究的重点在于寻找导致疾病的致病基因,虽然的确发现了这么一些基因,也解释了一些疾病的机理,可是,几十年过去了,并没有更多的疾病被人类所攻克。对于这种瓶颈,科学家们疑惑不已,怀疑是技术手段的缺陷,或是筛选的样本不够充分,亦或是有些新的基因并没有被发现。与此同时,人们也发现,同一种治病手段,用在不同人的身上,所起到的效果并不一样,甚至有时导致截然相反的结果。这种差异被人们解释为环境和遗传共同作用的结果,然而环境又是如何去影响调控机体的,却又没有完美的理论和机制去解释。这些种种的疑虑,却随着encode的完成,得到了一种较为合理的解释。疾病的产生,也许并不是某些基因的缺陷,而是复杂的调控网络出现了紊乱,而人与人个体的差异,恰恰也是源于这种调控网络间的差异,同一种手段去干扰这种网络,自然会得到不同的结果。因此,伴随着这种机制的逐渐揭示,个体化医疗也将必然走近人们的视野中,诊断、治疗这种传统的医疗模式也将被逐渐淘汰,代之以检查、分析、制订个体医疗计划、治疗这种新型的医疗模式,疾病预测和治疗手段也将更加人性化和精确化。&当然,面对这样重大的科技成就,我们仍然需要摆正心态,以一种客观的眼界去观察判断。正如“垃圾dna”这一概念,我们也不能因此就极端地将它摈弃,毕竟这些概念都是伴随着我们对生命的一步步探索中诞生的,它见证着我们探索真理的过程。同时,encode的完成也仅仅说明80%的基因组是可能有生物功能的,而且我们还没有完全弄清楚它们的机制,更不用说那剩下的20%仍然没有进一步的证据指出它们存在的意义。而且,也有证据指出,敲除部分序列的小鼠,仍然能够健康地长大。所以,我们仅仅可以指出,“垃圾dna”也许不是“垃圾”,而不能说“垃圾dna”根本就不存在。&另外,encode虽然完成了,可是我们仅仅是证明了这些dna元件的存在,并没有真正掌握这些信息,也没有将其机制完全阐明,更没有将其应用到个体化医疗等领域中。所以现在真正做的不是去欢呼雀跃,而是冷静地面对、分析这些宝贵的数据,真正地吃透、掌握、理解并最终运用生命这部天书,为人类生命做贡献。那种融资、量产数据、堆砌数据的模式,才是生命探索之路上真正的悲剧。
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