未来基因测序将走向个人医疗应用

今年，对于中科院院士、华大基因研究院董事长杨焕明而言是颇具意义的一年，距离人类基因组计划正式完成已有10周年。
　　在近日召开的欧洲科学开放论坛上，作为会议特邀的主题演讲者之一，杨焕明在《基因与“生物的世纪”》演讲中回顾了人类基因组计划（HGP）的历程，并预测：“基因测序将涉及更多物种、个体、表型，也将从基础研究走向更为现实的医疗应用。”

　　每天测序100人

　　2001年，来自6个国家的超过3000名技术人员分别在16个测量中心、耗时13年，绘制出人类基因组序列草图，所用总资金超过30亿美元。杨焕明认为：“现在看来，这样的速度太慢，花费太高。”
　　几年中，基于焦磷酸测序法的“超高通量基因组测序系统”开创了第二代测序的先河，产量达到每天2000万个碱基。2007年，第一个完整人类基因组序列图谱的诞生只用时3个月，花费了150万美元完成。
　　杨焕明介绍，基因组测序技术已经走过多年历程，从手动走向自动、从平板凝胶走向毛细管电泳，现在已经应用“规模平行标签测序（Mssively Parallel Signature Sequencing）”的新一代技术。“到今天，测序技术已经发生巨大的变化。”他说。
　　现在，我国人体基因组测序效率发展强劲，截至2011年，华大基因已产生643846GB的数据量，在全球同行中处于领先地位。中国每天的个人基因组测序量可以达到100人，杨焕明透露，这个速度仍在不断提高。“也就是说，以这样的速度，不到40年便可以完成所有中国人的基因组序列信息测序。”

　　更多物种和更多个体

　　对于基因测序的趋势，杨焕明提出，基因测序已在更多物种、更多个体、更多表型上进行。
　　2010年以来，黄瓜、番茄、大白菜、木豆等其他植物基因测序相继完成，石蟹猴、裸鼹鼠、仓鼠卵巢（CHO）细胞系、牦牛等动物基因测序也逐渐走进科学家的视野。
　　于2002年启动的人体肠道宏基因计划至今已发现人体肠道内微生物的300万到500万个基因，远超过人体本身的2万个基因。科学家预测，这些微生物对人体生理、营养和免疫力有重要影响，人体微生物群落的紊乱是导致疾病的主要因素。
　　不仅如此，杨焕明提出，植物、动物、微生物等生命进化之树中的所有生物都将是基因测序的对象。
　　同时，基因测序将从“代表性”走向“多样化”，杨焕明认为，对更多个体测序则是解决方案之一。千人基因组计划、万种脊椎动物基因组计划相继启动，千人基因组计划则包含来自全球27个族群的2500个人的全部基因组信息。“基因测序将迈向‘人人基因组’时代。”杨焕明说。
　　此外，从基因组到遗传表型发展则是基因测序的另一个趋势。2004年，首个遗传变异图谱在鸡身上实现。杨焕明回顾，这是第一次进行基因多样性的研究。随后，飞蛾、玉米等多种生物的遗传变异被研究。

　　从基础研究走向农业、医疗应用

　　最后，杨焕明认为，基于基因测序技术的不断发展，将使其从基础研究走向农业、医疗的应用研究。
　　“基于高通量测序和生物信息学平台，能迅速建立一个辅助选择体系。”他说，“因此，在农业上，基因测序工作能加快品种改良传统育种。”那么，农作物能够更好地适应未来气候和土壤的压力，抗虫性更好，营养品质也更高。例如，有研究表明，谷物基因测序的研究为其物种进化和作为生物燃料的潜力提供了基础。
　　在医疗应用上，杨焕明称：“首先，基因测序是防治单基因病强有力的工具。”目前，华大基因已对1000多种单基因病进行了测序。
　　而癌症和遗传病的早期干预和治疗也有望依赖个人基因测序工作的完成。已有研究证明，频繁的基因突变与一种肾脏肿瘤的产生有关。因此，杨焕明指出：“未来，癌症治疗由全面的个人遗传信息分析开始。”宏基因测序建立的数据资源则能为各种疾病的关联分析提供详细的基础数据，“为解释人类重大疾病发病机理、开展个性化预测、预防和治疗打下基础。”他说。
　　此外，早期产前基因测序检查还能发现患病风险，提早采取控制措施，有效控制遗传病发生。

　　《中国科学报》 (2012-08-18 A1 要闻)