原標題：DNA雙螺旋結構發(fā)現70周年、人類(lèi)基因組計劃完成20周年

2023年，基因組學(xué)革命“狂飆”到了哪一步？

2023年4月25日是DNA雙螺旋結構發(fā)現70周年紀念日。70年前科學(xué)家的這一發(fā)現，將生物學(xué)研究帶入分子時(shí)代。攜帶著(zhù)生命遺傳信息的DNA，以如是美妙的姿態(tài)，于納米級的空間內，傳遞著(zhù)生物世界變化萬(wàn)端、生生不息的奧秘。

對生命科學(xué)史而言，2023年還別具意義——80年前，諾貝爾物理學(xué)獎獲得者埃爾溫·薛定諤發(fā)表《生命是什么》演講，吸引了一大批物理學(xué)家投身生命科學(xué)；20年前，美、英、日、法、德、中6國科學(xué)家歷經(jīng)多年努力，共同繪制完成人類(lèi)基因組序列圖，也“繪制”出生命科學(xué)史上的一座里程碑。

80年、70年、20年過(guò)去，如今，基因組學(xué)革命“狂飆”到了哪一步？中國相關(guān)領(lǐng)域在世界格局中又處于怎樣的位置？“解碼生命”的意義何在，又會(huì )帶來(lái)哪些產(chǎn)業(yè)風(fēng)口？新華每日電訊記者就諸多熱點(diǎn)話(huà)題，與多位權威專(zhuān)家學(xué)者展開(kāi)對話(huà)。

“生命的奧秘比我們想象的更復雜，但我們摸索到一條路了”

如果沒(méi)有遺傳研究的發(fā)展和成熟的基因分析技術(shù)，人類(lèi)不會(huì )想到，大象和鼴鼠是一家，鯨和河馬是近親，兔子與人類(lèi)的親緣關(guān)系比兔子與老鼠的要密切得多，而人類(lèi)與黑猩猩的基因差異只有1.6%。

生命，在這顆星球的天空、海洋、沙漠、森林處處綻放，而人類(lèi)對其奧秘的認識，尚如一個(gè)孩童剛剛睜開(kāi)看世界的眼眸。

記者：DNA雙螺旋結構發(fā)現、人類(lèi)基因組計劃完成，這些標志性事件有著(zhù)怎樣的意義？

賀林（中國科學(xué)院院士）：這些事件對人類(lèi)和科學(xué)界的影響和價(jià)值可以說(shuō)是劃時(shí)代的。

以70年前DNA雙螺旋結構的提出為例，它實(shí)質(zhì)性地啟動(dòng)了分子生物學(xué)時(shí)代，使遺傳研究深入到分子層面去“解碼生命”。自此，人們清楚了解了遺傳信息的構成和傳遞途徑。在以后的70年里，以分子遺傳學(xué)為首的各學(xué)科如雨后春筍般出現，一個(gè)又一個(gè)生命的奧秘從分子角度得到了清晰闡明，并且大大推動(dòng)了DNA重組技術(shù)，開(kāi)拓了生物工程領(lǐng)域的研究和應用。

楊煥明（中國科學(xué)院院士）：大約20年前，我拿到人類(lèi)基因組草圖時(shí)真的很高興，因為這是歷史性進(jìn)步，它揭開(kāi)了人類(lèi)很多奧秘，是全人類(lèi)的共同遺產(chǎn)和共同財富。

同時(shí)，在草圖面前，我也更加明白我們對生物的理解是多么膚淺，我們站在前人的肩膀上、站在新的起點(diǎn)上，看到前方有更遼闊的世界、更多的岔路口，生命的奧秘比我們想象的更復雜，但我們摸索到一條路了。

尹燁（華大集團CEO）：人類(lèi)基因組計劃和曼哈頓原子彈計劃、阿波羅登月計劃，并稱(chēng)為20世紀的三大科學(xué)工程。這三大科學(xué)工程促進(jìn)了物理和生命科學(xué)發(fā)展的范式轉變，即從原來(lái)的以個(gè)人興趣和假說(shuō)為導向的小科學(xué)運作模式，轉向了以大數據和平臺為導向的大科學(xué)工程模式。

人類(lèi)基因組計劃的成功，使人類(lèi)第一次得到了自身全基因組結構和序列的完整訊息，使得大量的基因研究有了“導航儀”。

“一個(gè)人類(lèi)基因組測序的成本，從20年前的30多億美元，降到今天的100美元”

人類(lèi)基因組計劃1985年提出、1990年正式啟動(dòng)，開(kāi)始時(shí)由美、英、法、德、日5個(gè)發(fā)達國家參與。1997年11月，出席中國遺傳學(xué)會(huì )青年遺傳學(xué)工作者討論會(huì )的汪建、于軍、顧軍、賀福初、賀林、曾益新、顧東風(fēng)、楊煥明等中青年遺傳學(xué)家們，齊聚湖南張家界，在數天的會(huì )議中堅定了一顆雄心：爭取拿到1%的測序任務(wù)，趕上人類(lèi)基因組計劃的末班車(chē)。

張家界的三千奇峰泰然屹立，八百秀水如常流淌，但其間醞釀的這個(gè)夢(mèng)想和之后的各方努力，促成中國成為這一關(guān)乎人類(lèi)的宏偉計劃里發(fā)展中國家的唯一代表。6國科學(xué)家共同努力完成壯舉，并構建出“共有、共為、共享”的人類(lèi)基因組精神，為后續基因科學(xué)的發(fā)展奠定了核心基石。

而張家界的奇峰秀水，本身就是生物基因的寶庫，中國也是生物多樣性最豐富的國家之一。在“1%”項目的推動(dòng)下，國內對家禽、家畜、農作物和真菌、細菌、病毒、寄生蟲(chóng)，以及其他資源生物基因組的測序快箭上弦、萬(wàn)箭齊發(fā)。

記者：DNA里蘊藏著(zhù)怎樣的秘密？時(shí)至今日，中國基因組學(xué)的研究情況發(fā)生了怎樣的變化？

賀林：DNA能夠精確地自我復制，使親代與子代間保持遺傳的連續性；能夠指導蛋白質(zhì)合成，控制新陳代謝過(guò)程和性狀發(fā)育；在特定條件下，能夠產(chǎn)生可遺傳的變異。它是解碼生命的開(kāi)始。

與20年前相比，中國在基因組學(xué)研究領(lǐng)域的國際地位明顯提升，與世界同行競爭的能力增強不少。但這是一個(gè)你追我趕的領(lǐng)域，任何“領(lǐng)先”都是沒(méi)有絕對保障的。另外，基因產(chǎn)業(yè)在我國發(fā)展迅速，產(chǎn)生的經(jīng)濟效益也相當可觀(guān)。

賀福初（中國科學(xué)院院士）：人類(lèi)基因組計劃最大的貢獻在于推動(dòng)核酸測序能力的“超摩爾定律”增長(cháng)，進(jìn)而催生了基因組學(xué)驅動(dòng)的生物醫學(xué)研究范式變革。時(shí)至今日，基因組學(xué)已邁入“成熟期”。

其他生命組學(xué)方面，蛋白質(zhì)組學(xué)仍有“成長(cháng)的煩惱”，代謝組學(xué)“方興未艾”。因此，我們雖已進(jìn)入基因組時(shí)代，但仍呼喚多組學(xué)或生命組學(xué)時(shí)代的到來(lái)。

徐訊（深圳華大生命科學(xué)研究院院長(cháng)）：一個(gè)人類(lèi)基因組測序的成本，從20年前的30多億美元，降到今天的100美元，成本下降了7個(gè)數量級；而時(shí)間上，從數年到一天完成，技術(shù)的發(fā)展讓基因組測序越來(lái)越容易。

在世界范圍看待中國近20年在基因組學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展歷程，可以說(shuō)是從參與到同步。在部分領(lǐng)域，我國已實(shí)現自主可控，比如測序儀，并且我國測序儀在通量、精度、性?xún)r(jià)比上全球領(lǐng)先，獲得了全球認可。但單分子長(cháng)片段測序儀等還需要進(jìn)一步追趕。

同時(shí)也需看到，目前，我國用于蛋白質(zhì)組檢測的高端質(zhì)譜、用于蛋白質(zhì)結構解析的冷凍電鏡、大多數生命科學(xué)的關(guān)鍵試劑盒尚需依賴(lài)進(jìn)口。我們亟待進(jìn)一步打好生命科學(xué)的“地基”，推動(dòng)高端科研設備、源頭核心工具進(jìn)一步自主可控，推動(dòng)國產(chǎn)設備不斷迭代，不斷攻克關(guān)鍵核心技術(shù)。

基因組學(xué)行業(yè)三大風(fēng)口

業(yè)界形成共識，基因組學(xué)行業(yè)有三大風(fēng)口：精準醫學(xué)、未來(lái)農業(yè)、生物制造。

按目前的醫學(xué)技術(shù)，我們能檢測出7000多種基因病變，但能診斷的不足300種，精準醫學(xué)還有巨大的發(fā)展空間；通過(guò)改良土壤里微生物的基因，沙漠里也有望長(cháng)出水稻；生物制造在醫學(xué)、藥物、農業(yè)、材料、環(huán)境和能源等領(lǐng)域具有廣闊的應用前景……

記者：一系列基因組學(xué)計劃的實(shí)施，以及蛋白質(zhì)組、轉錄組等的發(fā)展，給醫學(xué)、農業(yè)、能源等各個(gè)領(lǐng)域帶來(lái)了怎樣的變化？

賀福初：人類(lèi)基因組計劃及后續基因組研究成功催生了“精準醫學(xué)”概念，開(kāi)啟了個(gè)性化醫療的臨床實(shí)踐。但僅憑基因組學(xué)難以真正普及“精準醫學(xué)”，針對此難題，中國科學(xué)家另辟蹊徑，發(fā)展出蛋白質(zhì)組學(xué)驅動(dòng)的精準醫學(xué)。

例如，我所在的實(shí)驗室通過(guò)對肝細胞肝癌患者樣本蛋白質(zhì)組的大數據分析，可將同一病理分型的腫瘤進(jìn)一步分為三個(gè)分子亞型，且亞型的分類(lèi)與預后密切相關(guān)，目前正在進(jìn)行后續轉化研究，以期讓更多肝細胞肝癌患者受益。

徐訊：精準醫學(xué)本質(zhì)上是通過(guò)以基因組為核心的多組學(xué)技術(shù)，對大樣本人群與疾病進(jìn)行生物標志物的分析、鑒定、驗證與應用，從而精確找到疾病的原因和治療的靶點(diǎn)，實(shí)現個(gè)性化精準治療，提高疾病診治與預防的效益。

在未來(lái)農業(yè)方面，通過(guò)基因組進(jìn)行定制化精準育種，可適應不同種植環(huán)境、農業(yè)不同產(chǎn)品的需求。

在生物制造方面，通過(guò)合成生物學(xué)等基因組讀寫(xiě)技術(shù)，可以生物發(fā)酵等方式實(shí)現材料、關(guān)鍵藥物成分、能源等生產(chǎn)制造。

吳麗文（湖南省兒童醫院神經(jīng)內科學(xué)科帶頭人、醫生）：作為一名臨床醫生，我感到基因組學(xué)發(fā)展非�？�，很多現在能診斷的疑難病，放在十幾年前，就診斷不出來(lái)，甚至會(huì )誤診。

我接診過(guò)一個(gè)8歲的女孩，運動(dòng)發(fā)育落后，走路、跑步、爬樓功能都很弱，后來(lái)發(fā)展到要靠人背著(zhù)去上學(xué)。她早上起床后或午后狀況要好一些，呈現出波動(dòng)性，我們考慮她屬于先天性肌無(wú)力綜合征，而不是重癥肌無(wú)力疾病，于是有針對性地給她做了基因檢查。結果查出就是基因突變帶來(lái)的波動(dòng)性肌無(wú)力，而以目前的醫療水平，對這種病癥已有非常好的治療方案，她現在能走能跑能跳，已經(jīng)過(guò)上正常生活。

近些年基因組學(xué)的快速發(fā)展，也與儀器機械、材料科學(xué)的整體進(jìn)步分不開(kāi)�；�礎科研的腳步要走在臨床科研之前，臨床實(shí)踐再反哺技術(shù)迭代。精準醫學(xué)只要有一個(gè)點(diǎn)突破了，就能解決很多家庭天大的難題。

尹燁：據測算，人類(lèi)基因組計劃帶來(lái)的投入產(chǎn)出比是巨大的，38億美元投入帶來(lái)了數千億美元的回報。并且該技術(shù)的高速發(fā)展，帶來(lái)了物理、化學(xué)、數學(xué)和信息技術(shù)的快速協(xié)同發(fā)展，并在精準醫學(xué)、公共衛生、現代農業(yè)、能源環(huán)保以及生物多樣性領(lǐng)域帶來(lái)全面突破。

醫學(xué)上，最具標志性的應用當屬無(wú)創(chuàng )產(chǎn)前基因檢測，通過(guò)孕婦的外周血即可檢出胎兒的染色體結構異常，從而避免了包括唐氏綜合征在內的大量出生缺陷的發(fā)生，讓無(wú)數家庭告別“基因悲劇”。

農業(yè)上，人類(lèi)基因組計劃草圖完成后，大量重要作物的基因組開(kāi)始不斷解密。對中國最具代表性的，當屬水稻。我們在國際上率先完成了水稻基因組框架圖和精細圖，奠定了在亞洲基因組學(xué)的地位。2018年，經(jīng)中國科研團隊積極爭取，《自然》雜志同意水稻的兩大栽培系命名不應為“japanica”和“indica”，而改為“geng(粳)”“xian(秈)”。 （記者王若辰、張格）