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北京基因組研究所承擔(dān)了973、科技攻關(guān)、863、自然科學(xué)基金和院知識(shí)創(chuàng)新工程等國(guó)家和中國(guó)科學(xué)院的重大科研任務(wù),取得了令人矚目的成就,如參與完成了國(guó)際人類基因組單體型圖計(jì)劃,獨(dú)立完成了“中國(guó)超級(jí)雜交水稻基因組計(jì)劃”、家蠶基因組計(jì)劃及家雞基因多態(tài)性圖譜等一系列重大科學(xué)項(xiàng)目,率先在國(guó)內(nèi)完成SARS病毒的基因組測(cè)序及診斷試劑研制等?;蚪M學(xué)對(duì)生物醫(yī)學(xué)、農(nóng)學(xué)、藥學(xué)、環(huán)境科學(xué)的影響將會(huì)極為深遠(yuǎn)。北京基因組研究所也將在這樣一個(gè)大背景下發(fā)揮更大的作用,爭(zhēng)取成為一個(gè)世界著名的研究機(jī)構(gòu)并作為國(guó)際基因組學(xué)的領(lǐng)導(dǎo)者。

被注解的生命

基因王國(guó)
2013年11月19日
如果說人類基因組計(jì)劃是為了精確地撰寫生命之書,那么當(dāng)2003年,這個(gè)堪比曼哈頓計(jì)劃和阿波羅登月的工程收工的時(shí)候,科學(xué)家們卻發(fā)現(xiàn),他們?nèi)匀豢床欢@本謎一樣的天書,仍然不能完全揭示生命的奧秘。于是同年9月,一項(xiàng)名為“DNA元件百科全書”(The Encyclopedia of DNA Elements, ENCODE)的龐大“解密計(jì)劃”漸漸開展起來了。歷時(shí)9年時(shí)間耗資1.5億美元,來自5個(gè)國(guó)家32個(gè)研究機(jī)構(gòu)的442名科學(xué)家,終于在2012年的9月5日以在nature,genome biology和genome research三篇雜志上以同時(shí)發(fā)表30篇論文的方式,向世人展示他們杰出的研究成果,宣示著這個(gè)繼人類基因組計(jì)劃之后的最大型的國(guó)際合作項(xiàng)目的完成。然而頗為諷刺的是,這項(xiàng)計(jì)劃中的研究主體,在這最近的幾十年里,卻被普遍認(rèn)為是沒有生物意義的“垃圾DNA”。&1972年的時(shí)候,一位名叫Susumu Ohno的遺傳學(xué)家提出“垃圾DNA”(Junk DNA)這一概念,并在隨后的幾十年里,這一概念被用來形容那些基因組上沒有生物學(xué)意義的非編碼DNA序列。由于當(dāng)時(shí)的人們普遍認(rèn)為蛋白質(zhì)才是決定生物性狀的關(guān)鍵,同時(shí)也沒有一種好的理論和技術(shù)手段來解釋這些“垃圾”存在的原因,于是在這隨后的時(shí)間里,“垃圾DNA”這一觀念,漸漸根深蒂固起來,并影響著人們對(duì)于基因組的認(rèn)識(shí)與研究工作,而著名的科普刊物《科學(xué)美國(guó)人》(Scientific American)甚至宣稱,這一“邪惡”的觀念,已經(jīng)遲滯了人們的基因組學(xué)的研究。&2003年人類基因組計(jì)劃完成之后,人們發(fā)現(xiàn)人類的全基因組包含了超過30億個(gè)堿基對(duì),大約20000個(gè)基因,但是把這些基因的序列加起來,卻僅僅只有全基因組長(zhǎng)度的1.5%!難道這么1.5%就能解釋同卵雙胞胎的差異,能幫助人們找到各種疾病的原因?難道作為地球主宰的人類,其基因組中的98.5%竟然是垃圾?難道造物主能容忍一部100分鐘的電影,有98.5分鐘都是廣告?人們疑惑了,質(zhì)疑了,并且開始行動(dòng)了!&十年磨一劍,雖然這個(gè)計(jì)劃還有需進(jìn)一步補(bǔ)充完善的地方,但是,它卻已經(jīng)顛覆了我們的傳統(tǒng)思維,將我們帶入了一個(gè)新的基因組時(shí)代。&正如基因這個(gè)詞,“DNA或RNA分子上具有遺傳信息的特定核苷酸序列”這一解釋已經(jīng)植根于我們的腦海中幾十年了,并且已經(jīng)將DNA序列與生物性狀兩者間畫上了根深蒂固的等號(hào)。然而當(dāng)ENCODE完成,科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)多達(dá)400萬(wàn)個(gè)基因開關(guān)和功能調(diào)節(jié)因子占據(jù)著大約20%的基因組序列的時(shí)候,基因的概念也隨之動(dòng)搖而變得陳腐了。想象一下,每個(gè)基因?qū)?yīng)著差不多200種各類型的調(diào)節(jié)方式,而不同的調(diào)節(jié)方式又決定著差異的生物性狀,那么真正影響生物性狀的,或者說生命的精髓,不應(yīng)該是那些核苷酸序列本身,而是那些豐富的調(diào)節(jié)方式,是那些調(diào)節(jié)后的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物。于是就有人提議,基因的概念是否已經(jīng)過時(shí),是否應(yīng)該重新定義為那些具有生物意義的轉(zhuǎn)錄本?新一輪的爭(zhēng)論由此開始了。&另外,以前生物醫(yī)藥研究的重點(diǎn)在于尋找導(dǎo)致疾病的致病基因,雖然的確發(fā)現(xiàn)了這么一些基因,也解釋了一些疾病的機(jī)理,可是,幾十年過去了,并沒有更多的疾病被人類所攻克。對(duì)于這種瓶頸,科學(xué)家們疑惑不已,懷疑是技術(shù)手段的缺陷,或是篩選的樣本不夠充分,亦或是有些新的基因并沒有被發(fā)現(xiàn)。與此同時(shí),人們也發(fā)現(xiàn),同一種治病手段,用在不同人的身上,所起到的效果并不一樣,甚至有時(shí)導(dǎo)致截然相反的結(jié)果。這種差異被人們解釋為環(huán)境和遺傳共同作用的結(jié)果,然而環(huán)境又是如何去影響調(diào)控機(jī)體的,卻又沒有完美的理論和機(jī)制去解釋。這些種種的疑慮,卻隨著ENCODE的完成,得到了一種較為合理的解釋。疾病的產(chǎn)生,也許并不是某些基因的缺陷,而是復(fù)雜的調(diào)控網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)了紊亂,而人與人個(gè)體的差異,恰恰也是源于這種調(diào)控網(wǎng)絡(luò)間的差異,同一種手段去干擾這種網(wǎng)絡(luò),自然會(huì)得到不同的結(jié)果。因此,伴隨著這種機(jī)制的逐漸揭示,個(gè)體化醫(yī)療也將必然走近人們的視野中,診斷、治療這種傳統(tǒng)的醫(yī)療模式也將被逐漸淘汰,代之以檢查、分析、制訂個(gè)體醫(yī)療計(jì)劃、治療這種新型的醫(yī)療模式,疾病預(yù)測(cè)和治療手段也將更加人性化和精確化。&當(dāng)然,面對(duì)這樣重大的科技成就,我們?nèi)匀恍枰獢[正心態(tài),以一種客觀的眼界去觀察判斷。正如“垃圾DNA”這一概念,我們也不能因此就極端地將它擯棄,畢竟這些概念都是伴隨著我們對(duì)生命的一步步探索中誕生的,它見證著我們探索真理的過程。同時(shí),ENCODE的完成也僅僅說明80%的基因組是可能有生物功能的,而且我們還沒有完全弄清楚它們的機(jī)制,更不用說那剩下的20%仍然沒有進(jìn)一步的證據(jù)指出它們存在的意義。而且,也有證據(jù)指出,敲除部分序列的小鼠,仍然能夠健康地長(zhǎng)大。所以,我們僅僅可以指出,“垃圾DNA”也許不是“垃圾”,而不能說“垃圾DNA”根本就不存在。&另外,ENCODE雖然完成了,可是我們僅僅是證明了這些DNA元件的存在,并沒有真正掌握這些信息,也沒有將其機(jī)制完全闡明,更沒有將其應(yīng)用到個(gè)體化醫(yī)療等領(lǐng)域中。所以現(xiàn)在真正做的不是去歡呼雀躍,而是冷靜地面對(duì)、分析這些寶貴的數(shù)據(jù),真正地吃透、掌握、理解并最終運(yùn)用生命這部天書,為人類生命做貢獻(xiàn)。那種融資、量產(chǎn)數(shù)據(jù)、堆砌數(shù)據(jù)的模式,才是生命探索之路上真正的悲劇。