论文部分内容阅读
摘要：自古以来，人类对自己的生老病死的趋向无法预测，而到了21世纪的今天，聪明的人类能够解读人类这部“生命天书”，它是一部由31.6亿个叫做碱基对的“化学符号”写成的“鸿篇巨著”，这部巨著的剧本就收藏在我们每个细胞内部的细胞核当中，剧本共分二十三“章”，每一“章”就是一对染色体；剧本的内容大致上由三万个“故事片段”构成，每一个“故事片段”就是一个功能基因。人类这部“生命天书”的剧本蕴藏着关于我们生命现象的全部谜底和内容，人的整个生命过程就像是按照这部剧本的“故事内容”演绎的一部“连续剧”。不久的将来，随着人类基因组图谱中构成人的全部遗传信息的基因功能被逐一解密，基因检测预测将在全世界医学领域方兴未艾，每一个人都将会有一张属于自己的基因组“生命磁卡”，人类社会即将迎来数字化生命（Digital）的医疗时代。
关键词：生命天书 碱基对 化学符号 细胞核 故事片段 生命磁卡
Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2013.01.222
【中图分类号】R-1 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2012）01-0244-03
1 人类基因组图谱就是我们的“生命天书”
不久之后，不再是生辰八字、也不再是星座属相，而是基因预测技术充当起人们的“算命先生”。到那时候，也许每一个人都有一张属于自己的基因组“生命磁卡”，它会用冷静而不容置疑的语气，揭示出你的性情、天赋、甚至在未来会患有某些疾病等等。“未卜先知”的基因检测，提前预测出未来的你自己。
人类基因组计划（human genome project，HGP）是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动。由于工作量过于浩大，美国联合了其他国家的科学家一起参与进来，包括英国、法国、德国、日本和中国，而中国是唯一的发展中国家。这项计划一共投入了30亿美元，平均破译一个“字母”，需要花费1美元。人类基因组中共有23对染色体，它们是由31.6亿个碱基对组成，上面分布了大约有3万个基因。人类基因组图谱仿佛是一部人类的“生命天书”——这部“天书”上一共只有4个字母：A、C、G、T，分别代表一种碱基，由当中的任意三个碱基一组构成一个特定的“单词”，这部“天书”一共有10多亿个这样的单词，完全称得上是一部“鸿篇巨著”。假设你每秒读一个单词、每天念8小时，那么需要100年的时间才能读完这部天书。
2000年6月26日，参与“国际人类基因组计划”的美、英、日、法、德、中6个国家16个研究中心联合宣布：人类基因组“工作框架图”画好了。2006年，随着“块头”最大的1号染色体测序工作的完成，解读“生命之书”的最后一个章节也被破译成功。先前，虽然科学家不止一次宣布该计划的完工，但推出的均不是全剧本，而是人类基因组草图。这一次，科学家完成的“生命之书”更为精确，覆盖了人类基因组的99.99%，不过，这还只是把这部“鸿篇巨著”中每一个“字母”忠实地记录了下来而已。目前，我们依然不能完全明白这部“生命天书”所讲述的内容究竟是什么意思？哪一些排列组合表示的是一个基因？而这些基因又是如何行使它们各自的功能？这些功能基因又是如何在指导演绎人类的生命现象？解读生命天书的工作属于“后基因组计划”，是各国科学家当前都很关注的一个课题。我们每个人都拥有属于自己的那一部“生命天书”。虽然，科学家已经在人类这部“生命天书”中破译出了三万个左右的“故事片段”——每一个“故事片段”就是一个基因，但是，科学家依然未搞明白每一个“故事片段”所讲述的内容究竟是什么意思。不同的“故事片段”拼凑在一起又呈现出不同“故事内容”。虽然世界上的人形形色色，但是世界上任何两个人，他们细胞核中所存放的“生命天书”99.9%的“内容”是完全一致的。
换句话说，这本“天书”里共有31.6亿个字母，只有几百万个字母是因人而异，也就是因为这区区0.1%的差别，使我们每一个人成为独一无二的个体。因此呈现出不同的肤色、相貌、体格和个性，甚至拥有不同的命运——比如：有的人生来健康，有的人却一出生就带有遗传疾病；有的人又抽烟、又喝酒却可以活到100岁，有的人谨小慎微地生活，却罹患心脏病、癌症……这些千百年来被看作只能逆来顺受的“命运之谜”，原来并不是来由全无，它们的根源就隐藏在这因人而异的0.1%当中。因此，如果将来某一天每个人都拥有并且读懂属于自己的那部“天书”，那就几乎完全明白了自己生命的全部真相。
2 绘制个人“生命天书”已不再遥远
花了30亿美元，16年的时间，这是彻底完成人类基因组测序工作时所付出的时间和代价，几乎破译一个“字母”，就需要花费一个美元。
2007年，世界上第一份属于个人的基因图谱在美国诞生，一共花了100万美元和两个月的时间。第一份个人基因图谱的主人正是被誉为“DNA之父”的詹姆斯·沃森，DNA双螺旋结构的發现者之一。由于测序仪器核技术不断改进，个人基因图谱的成本在不断下降。在2008年，美国破解一份个人基因图谱的成本已经下降到了10万美元。“每年下降九成，降价速度比电脑更快。”哈佛大学基因学教授丘奇形容道。
美国生物公司BioNanomatrix声称，他们最快可以在2012年后将个人基因图谱的价格下降到100美元，并且每次测序只需要8小时，夸下如此“海口”是因为BioNanomatrix开发了一项全新的测序技术。传统的基因测序采取的是“散弹法”，需要把DNA长链切割成若干片段，对每个片段进行测序，每次只能阅读大约1000个碱基对。而BioNanomatrix开发的“纳米流体”芯片，其中纳米级的流体可以拖曳出DNA分子长链，让其中的分子徐徐展开，通过像保龄球瓶一样排列的管道。芯片会取一个基因组作为参考，用荧光标记被测DNA链中与参考基因组不同的碱基对。DNA链通过管道时，探测器顺势读取这些用荧光做过标记碱基对的顺序，然后添上与参考基因组相同的碱基对，完成整个基因的序列。这种快速方法每分钟可以测序大约20万个碱基对。 该项目的首席科学家瑞多基·德芒纳克表示，这个“8小时、100美元”的基因测序计划，最迟在未来3-5年就可以完全实现。到那时，每一个普通人都可以用最小的代价，获悉属于自己的“生命天书”。
3 个人数字化医疗时代即将来临
目前，北京、上海、广州等地，出现了不少基因检测机构。针对的是一些目前已经被证实的“易感基因”进行针对性的检测。一份涵盖了百余项重大疾病易感性的报告收费近5000元，进行基因检测后，你就可以知道自己的身体当中隐埋着什么样的“定时炸弹”。但是，大部分疾病包括癌症、心血管疾病等等的发展过程极为复杂，是多种基因和环境因素共同作用的结果，“易感基因”所能起到的作用一般不超过20%。环境、生活习惯、医疗水平、及早预防程度，都会影响到你最终是否会得这种疾病。目前，已经知道人类基因组中大约有三万个基因，对于某些疾病的整个发病机理还没有被完全研究清楚的情况下，只检测少量的“易感基因”就轻易下结论，是过于浮躁的行为。但目前的基因检测至少可以提醒人们更多地去注意身体发出的危险信号。
除此之外，有些基因检测机构还提供“儿童天赋基因”的检测，这份收费四千余元的报告中将显示涵盖了性格、情感、艺术、智商、运动、成瘾、保健、环境八大类近四十项的基因检测，不仅有乐观基因、冒险基因、爆发力基因、高度近视基因，还包括早恋基因、网络成瘾基因、二手烟敏感基因等等。天赋是指个体智力或体能在某一方面或某几方面的比较突出表现，它绝不是十几个或几十个基因所能够决定的。要研究清楚如此众多与天赋相关基因的功能，超出了目前国内相关研究机构的科研能力。再说，即使你在基因检测时显得很“平庸”，这并不意味着你在将来无法为自己创造一份“天赋”；而就算你被测试出拥有“天赋基因”，也许很有可能这种天赋基因在你的身体里终其一生也没有被激活。
将来如果每一个人都拥有属于自己的“生命天书”，我们的生活将会发生什么样的改变呢？基因检测的普及将意味着“个人数字化医疗时代”的来临。医生可以根据这些“生命密码”为病人设计个性化医疗方案，做到因人施药，更精确地治病。因为，每个个体具有不一样的基因突变，适合的治疗方案也就不相同。比如肺癌患者：其中有一部分人的体内EGFR基因发生突变，而另外一部分人的EGFR基因则没有这种突变，这个微小的差别，使得同一种药物对于这两种患者的疗效会截然不同。对于EGFR基因发生突变的患者药物有效率高达80%，对于那些非EGFR基因突变的患者疗效甚微。如果患者在接受治疗之前先进行这类基因检测，则可以更高效地治疗，这样，不仅大大减少患者的痛苦，还可以节省下来一笔非常大开支。其次，基因检测可以指导我们的日常生活。若你基因检测出来身体带有某种疾病的“易感基因”，也不必特别担心，因为你可以调整自己的生活習惯，让这种“坏基因”不要被激活。
中国工程院院士巴德年认为，在未来，医生问前来就诊的病人的第一个问题可能是：“你带基因图谱来了吗”？因为在看完病人的基因图谱后，临床医生更容易断定病人会发生什么问题，更有针对性地开你的处方药物，也会更准确地建议病人在日常生活中如何加以预防。
4 数字生命（Digital）医学必将取代模拟的生命（Analogue）医学
目前，科学家在人类基因组中解读出大约有三万个功能基因，就像是说，人类这部“生命天书”的剧本中描述了大约有三万个“故事片段”。让我们想象一下，要把一部如此多的“故事片段”剧本演绎成人类生命现象的“连续剧”，该需要多么庞大的“演员”阵容。演绎不同的“故事片段”就需要聘请不同角色的“演员”，不同角色的“演员”就相当于不同功能的蛋白质。因此，人类基因组中的某些重要基因发生突变就相当于“生命天书”这部剧本中某些重要的“故事片段”被修改了，从而引起某些重要角色的“演员”被替换掉，这样，就会降低这部“连续剧”演绎的精彩程度，甚至会引起整场“连续剧”被“演砸掉”的严重后果。如今，医学界统称为“单基因遗传病”就是生命现象的“连续剧”被“演砸掉”的典型案例。
对于大部分疾病而言，可以通过改善生活方式而减小患病的概率，但有一些疾病，人类基因组上只是一个小小的改动，就可以决定你命运的最终走向。其中最为“臭名昭著”的就是“亨廷顿舞蹈症”。亨廷顿舞蹈病在什么年龄发作，完全是由四号染色体短臂顶端的一个基因片段CAG这个单词的重复次数决定的，并且一点通融的余地也没有。如果一个人带有39次重复，那么，有90%的可能是他在75岁的时候已经成了痴呆，按平均值来看，他会在66岁的时候出现这个疾病的第一个症状；如果带有40次重复，那么平均是在59岁发病；41次重复，54岁发病；42次重复，37岁发病。依此类推下去，那些带有50次重复的人，平均在27岁就会因病失去正常思维。在人类基因组里有大约10多亿个三个字母组成的单词。我们来打个比方，假如你的染色体长度能够绕地球赤道一圈，那么健康与发疯之间的区别只相差多长出的一英寸。无论哪一种占星术也不可能预测的如此之精准，无论哪一项人类活动因果关系的推理也不可能有那么的精确。我们现在面临的是一种恐怖的、残酷的、且无法改变的“亨廷顿舞蹈症”的预言就CAG这个单词的重复次数，若CAG重复次数超过了35次就决定了你会发病；CAG这个单词重复次数为35次或少于35就决定了你是正常。“亨廷顿舞蹈症”患者会在某个时刻陷入神智失常的状态，如智力下降、四肢震颤、幻听妄想等等，并且无法医治，患者会在经受15-25年病痛的折磨后死去。
类似由“基因决定命运”的疾病还真的不少，比如血友病、唐氏综合症等等，它们在学术界统称为“单基因遗传病”。规避这些遗传疾病最有效的办法是做产前检测，将带遗传病基因的生命个体扼杀在萌芽状态。
随着时间的推移，基因科技在不断地发展和完善，不管你愿意不愿意，数字化医疗时代还是会来临的，数字生命（Digital）必将取代模拟的（Analogue）生命。就像数字电视必将取代模拟的电视一样。生命的底片，正一天比一天变得更加清晰，不远的将来，我们可以清晰地看见未来的自己，人类社会即将迎来数字化医疗时代。
关键词：生命天书 碱基对 化学符号 细胞核 故事片段 生命磁卡
Doi：10.3969/j.issn.1671-8801.2013.01.222
【中图分类号】R-1 【文献标识码】B 【文章编号】1671-8801（2012）01-0244-03
1 人类基因组图谱就是我们的“生命天书”
不久之后，不再是生辰八字、也不再是星座属相，而是基因预测技术充当起人们的“算命先生”。到那时候，也许每一个人都有一张属于自己的基因组“生命磁卡”，它会用冷静而不容置疑的语气，揭示出你的性情、天赋、甚至在未来会患有某些疾病等等。“未卜先知”的基因检测，提前预测出未来的你自己。
人类基因组计划（human genome project，HGP）是由美国科学家于1985年率先提出，于1990年正式启动。由于工作量过于浩大，美国联合了其他国家的科学家一起参与进来，包括英国、法国、德国、日本和中国，而中国是唯一的发展中国家。这项计划一共投入了30亿美元，平均破译一个“字母”，需要花费1美元。人类基因组中共有23对染色体，它们是由31.6亿个碱基对组成，上面分布了大约有3万个基因。人类基因组图谱仿佛是一部人类的“生命天书”——这部“天书”上一共只有4个字母：A、C、G、T，分别代表一种碱基，由当中的任意三个碱基一组构成一个特定的“单词”，这部“天书”一共有10多亿个这样的单词，完全称得上是一部“鸿篇巨著”。假设你每秒读一个单词、每天念8小时，那么需要100年的时间才能读完这部天书。
2000年6月26日，参与“国际人类基因组计划”的美、英、日、法、德、中6个国家16个研究中心联合宣布：人类基因组“工作框架图”画好了。2006年，随着“块头”最大的1号染色体测序工作的完成，解读“生命之书”的最后一个章节也被破译成功。先前，虽然科学家不止一次宣布该计划的完工，但推出的均不是全剧本，而是人类基因组草图。这一次，科学家完成的“生命之书”更为精确，覆盖了人类基因组的99.99%，不过，这还只是把这部“鸿篇巨著”中每一个“字母”忠实地记录了下来而已。目前，我们依然不能完全明白这部“生命天书”所讲述的内容究竟是什么意思？哪一些排列组合表示的是一个基因？而这些基因又是如何行使它们各自的功能？这些功能基因又是如何在指导演绎人类的生命现象？解读生命天书的工作属于“后基因组计划”，是各国科学家当前都很关注的一个课题。我们每个人都拥有属于自己的那一部“生命天书”。虽然，科学家已经在人类这部“生命天书”中破译出了三万个左右的“故事片段”——每一个“故事片段”就是一个基因，但是，科学家依然未搞明白每一个“故事片段”所讲述的内容究竟是什么意思。不同的“故事片段”拼凑在一起又呈现出不同“故事内容”。虽然世界上的人形形色色，但是世界上任何两个人，他们细胞核中所存放的“生命天书”99.9%的“内容”是完全一致的。
换句话说，这本“天书”里共有31.6亿个字母，只有几百万个字母是因人而异，也就是因为这区区0.1%的差别，使我们每一个人成为独一无二的个体。因此呈现出不同的肤色、相貌、体格和个性，甚至拥有不同的命运——比如：有的人生来健康，有的人却一出生就带有遗传疾病；有的人又抽烟、又喝酒却可以活到100岁，有的人谨小慎微地生活，却罹患心脏病、癌症……这些千百年来被看作只能逆来顺受的“命运之谜”，原来并不是来由全无，它们的根源就隐藏在这因人而异的0.1%当中。因此，如果将来某一天每个人都拥有并且读懂属于自己的那部“天书”，那就几乎完全明白了自己生命的全部真相。
2 绘制个人“生命天书”已不再遥远
花了30亿美元，16年的时间，这是彻底完成人类基因组测序工作时所付出的时间和代价，几乎破译一个“字母”，就需要花费一个美元。
2007年，世界上第一份属于个人的基因图谱在美国诞生，一共花了100万美元和两个月的时间。第一份个人基因图谱的主人正是被誉为“DNA之父”的詹姆斯·沃森，DNA双螺旋结构的發现者之一。由于测序仪器核技术不断改进，个人基因图谱的成本在不断下降。在2008年，美国破解一份个人基因图谱的成本已经下降到了10万美元。“每年下降九成，降价速度比电脑更快。”哈佛大学基因学教授丘奇形容道。
美国生物公司BioNanomatrix声称，他们最快可以在2012年后将个人基因图谱的价格下降到100美元，并且每次测序只需要8小时，夸下如此“海口”是因为BioNanomatrix开发了一项全新的测序技术。传统的基因测序采取的是“散弹法”，需要把DNA长链切割成若干片段，对每个片段进行测序，每次只能阅读大约1000个碱基对。而BioNanomatrix开发的“纳米流体”芯片，其中纳米级的流体可以拖曳出DNA分子长链，让其中的分子徐徐展开，通过像保龄球瓶一样排列的管道。芯片会取一个基因组作为参考，用荧光标记被测DNA链中与参考基因组不同的碱基对。DNA链通过管道时，探测器顺势读取这些用荧光做过标记碱基对的顺序，然后添上与参考基因组相同的碱基对，完成整个基因的序列。这种快速方法每分钟可以测序大约20万个碱基对。 该项目的首席科学家瑞多基·德芒纳克表示，这个“8小时、100美元”的基因测序计划，最迟在未来3-5年就可以完全实现。到那时，每一个普通人都可以用最小的代价，获悉属于自己的“生命天书”。
3 个人数字化医疗时代即将来临
目前，北京、上海、广州等地，出现了不少基因检测机构。针对的是一些目前已经被证实的“易感基因”进行针对性的检测。一份涵盖了百余项重大疾病易感性的报告收费近5000元，进行基因检测后，你就可以知道自己的身体当中隐埋着什么样的“定时炸弹”。但是，大部分疾病包括癌症、心血管疾病等等的发展过程极为复杂，是多种基因和环境因素共同作用的结果，“易感基因”所能起到的作用一般不超过20%。环境、生活习惯、医疗水平、及早预防程度，都会影响到你最终是否会得这种疾病。目前，已经知道人类基因组中大约有三万个基因，对于某些疾病的整个发病机理还没有被完全研究清楚的情况下，只检测少量的“易感基因”就轻易下结论，是过于浮躁的行为。但目前的基因检测至少可以提醒人们更多地去注意身体发出的危险信号。
除此之外，有些基因检测机构还提供“儿童天赋基因”的检测，这份收费四千余元的报告中将显示涵盖了性格、情感、艺术、智商、运动、成瘾、保健、环境八大类近四十项的基因检测，不仅有乐观基因、冒险基因、爆发力基因、高度近视基因，还包括早恋基因、网络成瘾基因、二手烟敏感基因等等。天赋是指个体智力或体能在某一方面或某几方面的比较突出表现，它绝不是十几个或几十个基因所能够决定的。要研究清楚如此众多与天赋相关基因的功能，超出了目前国内相关研究机构的科研能力。再说，即使你在基因检测时显得很“平庸”，这并不意味着你在将来无法为自己创造一份“天赋”；而就算你被测试出拥有“天赋基因”，也许很有可能这种天赋基因在你的身体里终其一生也没有被激活。
将来如果每一个人都拥有属于自己的“生命天书”，我们的生活将会发生什么样的改变呢？基因检测的普及将意味着“个人数字化医疗时代”的来临。医生可以根据这些“生命密码”为病人设计个性化医疗方案，做到因人施药，更精确地治病。因为，每个个体具有不一样的基因突变，适合的治疗方案也就不相同。比如肺癌患者：其中有一部分人的体内EGFR基因发生突变，而另外一部分人的EGFR基因则没有这种突变，这个微小的差别，使得同一种药物对于这两种患者的疗效会截然不同。对于EGFR基因发生突变的患者药物有效率高达80%，对于那些非EGFR基因突变的患者疗效甚微。如果患者在接受治疗之前先进行这类基因检测，则可以更高效地治疗，这样，不仅大大减少患者的痛苦，还可以节省下来一笔非常大开支。其次，基因检测可以指导我们的日常生活。若你基因检测出来身体带有某种疾病的“易感基因”，也不必特别担心，因为你可以调整自己的生活習惯，让这种“坏基因”不要被激活。
中国工程院院士巴德年认为，在未来，医生问前来就诊的病人的第一个问题可能是：“你带基因图谱来了吗”？因为在看完病人的基因图谱后，临床医生更容易断定病人会发生什么问题，更有针对性地开你的处方药物，也会更准确地建议病人在日常生活中如何加以预防。
4 数字生命（Digital）医学必将取代模拟的生命（Analogue）医学
目前，科学家在人类基因组中解读出大约有三万个功能基因，就像是说，人类这部“生命天书”的剧本中描述了大约有三万个“故事片段”。让我们想象一下，要把一部如此多的“故事片段”剧本演绎成人类生命现象的“连续剧”，该需要多么庞大的“演员”阵容。演绎不同的“故事片段”就需要聘请不同角色的“演员”，不同角色的“演员”就相当于不同功能的蛋白质。因此，人类基因组中的某些重要基因发生突变就相当于“生命天书”这部剧本中某些重要的“故事片段”被修改了，从而引起某些重要角色的“演员”被替换掉，这样，就会降低这部“连续剧”演绎的精彩程度，甚至会引起整场“连续剧”被“演砸掉”的严重后果。如今，医学界统称为“单基因遗传病”就是生命现象的“连续剧”被“演砸掉”的典型案例。
对于大部分疾病而言，可以通过改善生活方式而减小患病的概率，但有一些疾病，人类基因组上只是一个小小的改动，就可以决定你命运的最终走向。其中最为“臭名昭著”的就是“亨廷顿舞蹈症”。亨廷顿舞蹈病在什么年龄发作，完全是由四号染色体短臂顶端的一个基因片段CAG这个单词的重复次数决定的，并且一点通融的余地也没有。如果一个人带有39次重复，那么，有90%的可能是他在75岁的时候已经成了痴呆，按平均值来看，他会在66岁的时候出现这个疾病的第一个症状；如果带有40次重复，那么平均是在59岁发病；41次重复，54岁发病；42次重复，37岁发病。依此类推下去，那些带有50次重复的人，平均在27岁就会因病失去正常思维。在人类基因组里有大约10多亿个三个字母组成的单词。我们来打个比方，假如你的染色体长度能够绕地球赤道一圈，那么健康与发疯之间的区别只相差多长出的一英寸。无论哪一种占星术也不可能预测的如此之精准，无论哪一项人类活动因果关系的推理也不可能有那么的精确。我们现在面临的是一种恐怖的、残酷的、且无法改变的“亨廷顿舞蹈症”的预言就CAG这个单词的重复次数，若CAG重复次数超过了35次就决定了你会发病；CAG这个单词重复次数为35次或少于35就决定了你是正常。“亨廷顿舞蹈症”患者会在某个时刻陷入神智失常的状态，如智力下降、四肢震颤、幻听妄想等等，并且无法医治，患者会在经受15-25年病痛的折磨后死去。
类似由“基因决定命运”的疾病还真的不少，比如血友病、唐氏综合症等等，它们在学术界统称为“单基因遗传病”。规避这些遗传疾病最有效的办法是做产前检测，将带遗传病基因的生命个体扼杀在萌芽状态。
随着时间的推移，基因科技在不断地发展和完善，不管你愿意不愿意，数字化医疗时代还是会来临的，数字生命（Digital）必将取代模拟的（Analogue）生命。就像数字电视必将取代模拟的电视一样。生命的底片，正一天比一天变得更加清晰，不远的将来，我们可以清晰地看见未来的自己，人类社会即将迎来数字化医疗时代。