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汪建:基因测序面临巨大挑战

2014/09/23 来源:中国科学报
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导读
无论是农业育种,还是出生缺陷检测,或是其他常见疾病预防,基因检测技术都面临着巨大的挑战。尽管当前政策已经给了很大的支持,但是随着技术的不断推进,基因测序将面临更多由于政策、法律滞后带来的挑战。如何有机地整合政策、法规和民生需求,依靠技术进步满足社会发展的需求仍需摸索。


无论是农业育种,还是出生缺陷检测,或是其他常见疾病预防,基因检测技术都面临着巨大的挑战。

古语有云:“民以食为天。”这说明食物很重要,基因测序也进入到了这一领域。此前我跟袁隆平合作进行水稻基因组计划时,因为这和国家计划、全球计划有部分冲突,不符合国际水稻基因组计划的主流,也不符合国家战略,差点“被打死”在路上,当时在国内外引起了很大的争议。

从农业育种到人类健康,我们走过了哪些路程?

从一个完整的基因组检测到3000株水稻的测序,我们从野生水稻中找到了很多有益的数据,通过挑选好的基因,进行杂交育种,创造了新的水稻品种。

我们最近又针对小米开展了研究工作。上世纪70年代以来,玉米的快速发展使小米基本退出了农业主战场。但在今年,虽然河南大旱,小米却取得了大丰收。因此,在干旱和半干旱地区占中国土地面积60%的情况下,如果能够解决这类地区的粮食生产问题,中国的粮食安全就可以得到保障,这也是将基因组科学应用于实践的非常有前景的项目案例,我们有把握让中国未来的粮食生产发生根本变化。

我们在粮食生产上可以找出作物基因用于农业育种方向的案例,在人类健康上,可以找出致病基因避免人类出生缺陷上的案例。如何辨识未来,这对每个人来说都是切身关注的问题。

现在通过非损伤性检测,可以更早地发现和防治一些遗传性疾病的发生。目前公认与基因相关的8000种罕见病,通过现有的基因检测技术能够检测的也有4000多种。

如果胎儿有遗传疾病,运用基因检测技术有60%以上的机会能够一次性发现胎儿的基因缺陷,过去由于没有方法可以达到这种检测效果,很多婴儿在出生时就带有遗传性疾病。

基因测序也可以用于常见疾病的预防和治疗。例如,47%的死亡是由心脑血管疾病造成。基因检测技术可以监测这些疾病的产生,达到预警的效果,人们也可以根据监测结果调整生活方式。

至于肿瘤检测,当前也有一些基因测序工作的开展。每一个细胞都带有一个完整的基因组,每一个基因组的任何一个关键突变都可以导致一个细胞的突变,变成一个“坏人”。从一个“坏人”最后发展成一个“黑社会”,这是很麻烦的事情。

利用切除的方法也可能造成癌细胞的转移,能不能在没有形成“黑社会”的时候,就把这些“坏人”清除了?肿瘤细胞会释放到血液中去,我们在开展癌症研究时用跨组学方法做了很多工作,从单个细胞,我们也能找到癌变的蛛丝马迹,这些对临床早期诊断和治疗带来极大的帮助。

从基因组学发展到多组学的癌症精细个体化治疗,也是我们的一个主要目标。目前,我们可以通过外周血循环DNA,检测外周血循环肿瘤DNA在不同肿瘤期基因变异频率,早期无创型的基因检测可以成为临床上一个重大突破。

与此相关的是免疫血水平指标,免疫血水平低下很容易发生癌症。正常人与一个癌症病人的免疫血水平变化相比,正常人的免疫血水平检测图像兵马俑一般排列得整整齐齐,而癌症病人的图像呈现出“沙漠”的状态。

我们做了600多例检测,发现了血中游离的DNA和癌症检测的相关性,灵敏度和相关性都达到了99%。只要核磁共振发现癌症的蛛丝马迹,血液都能检测到。

如果切掉癌变部分之后,患者身体呈现好转的状态,而此时临床治疗却盲目地使用化疗,将对人体产生破坏性的后果。因此,需要针对个体情况制定不同的治疗方案。

同时,我们还发现人类基因与肠道健康有着千丝万缕的联系。如科学界曾对一对同卵双生的妇女进行追踪调查,发现她们呈现出一个肥胖、一个瘦弱的状态,这也与基因和肠道健康有关。我们身体里有上千万的基因,肠道中有几千个不同的细菌,绝大多数细菌并非体外能培养。基因与饮食习惯、生活习惯一起决定着人体代谢和心脑血管的正常运行。

这些检测技术需要多长时间才能得到国家相关部门的批准,进入临床,真正带给老百姓实惠?这也是基因测序从业者经常追问的问题。

比如,我们通过基因检测设计对肿瘤治疗形成了一套完整的方案,还需要国家相关部门的批准,尽管临床医生也希望能够快速用于治疗,但是政策法规还是存在障碍。

尽管当前政策已经给了很大的支持,但是随着技术的不断推进,生命科学将面临更多由于政策、法律滞后带来的挑战。如何有机地整合政策、法规和民生需求,依靠技术进步满足社会发展的需求,依然是一个巨大的挑战。

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