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从HLI“人类长寿计划”看精准医疗之路
作者:   来源:科学网   发布者:亦云   日期:2017-02-03   今日/总浏览:13/6748


大名鼎鼎的J.Craig Venter于2016年12月中下旬度过了一次美妙的中国之旅。此次来华,头上兼具“人类基因组计划领衔专家”和“科学怪人”称号的Venter不仅收获了国际合作大奖(指“中源协和生命医学奖”,笔者注),更是受到中国医学科学界和产业界的热烈追捧,短短几天多地转场宣讲他和他的“长寿公司”所取得的最新成果——“精准医疗”。

人们认为,“精准医学”这种融合基因测序、生物信息、大数据等多个学科领域发展起来的新型医学概念与医疗模式,将会给全球的医疗和健康产业带来巨大的变革。顺理成章,精准医疗成为当前生命科学领域最前沿、最受关注的热点。

“精准医疗有三大特点:个体化医疗、个体化医疗基础上的大数据、精准诊断。”中国疾病预防控制中心副主任、中科院院士高福说,向前看,精准医疗越来越取决于基因组测序这样的科学进步。

测序的胜利

医学界和产业界对Venter的巨大兴趣,不仅仅在于其头顶的光环、他对人类基因组计划提前完成所做的贡献,更在于他创建的人类长寿公司——Human Longevity Inc(简称HLI),恰恰又于2016年取得了重大进展。

2014年3月,Craig Venter创办HLI,总部设立在圣地亚哥。从挂牌开张的那天起,Venter就将他创办HLI的目标诉诸世人:实施HLI公司自己的“人类长寿计划”,将资金用于开展全球规模最大的人类基因测序工作,组建最为全面和完整的人类基因型、微生物学和表现型数据库,以便应对因年老引发的人类生物学衰退有关的疾病。

投资者最初对HLI的投资金额为7000万美元,2016年4月又斩获2.2亿美元的B轮融资,这让HLI的“万人基因组测序计划”进展顺利。2016年10月,J.Craig Venter研究所和HLI宣布了万人基因组深度测序成果。他们利用HiSeq X Ten对10545个人进行平均覆盖度为30X~40X的全基因组测序,发现超过1.5亿个基因变异。

“这些变异的发现将会是健康科学时代的开始,为人类建立基因型、表型,以及各类性状之间的关系提供可能。”业内人士纷纷评论说。

HLI还不失时机地推出“Open Search”基因组大数据搜索引擎,向全世界研究人员开放HLI的1万个人类全基因组深度测序的数据和该数据库目前包含的超过2亿个变异信息。

Venter的团队正在做的另一件事情是通过一个人的遗传密码来预测他的面部特征。为了实现这一点,他们对面部进行了3万次的测定,以便发现基因组中的贡献因素。

大规模测序的飞速开展,有赖于测序成本的不断下降。始于1990年的人类基因组计划耗费了30亿美元和近10年的时间;Venter当年破译他自己的基因组花了1亿美元和9个月的时间。近年来二代测序技术让解码个人基因组的费用已下降到1000美元水平。如今,第三代测序也开始在人类基因组测序的应用方面崭露头角。2016年12月,纽约召开的牛津纳米孔联盟大会上传出有单位利用牛津纳米孔公司MinIONs测序仪完成了多个人类基因组的测序。这意味着,随着技术的升级,研究人员有望使用第三代测序仪来进行大规模的人类基因组测序。

这真是测序的胜利。然而,基因序列的易得,并不意味着精准医学的大门完全敞开。序列数据能不能直接用于疾病预防和诊断,Venter认为还要打一个问号。

数据的价值

在Venter看来,目前用基因组去做疾病的预防与诊断仍具有很大的局限性,因为只有真正知道了“答案”,才可以用它去做。

“我们目前对基因组与疾病间的关系认识只有1%这么点儿比例。不是不可以做(用基因组测序结果做预防和诊断),只有基于全基因组测序结果的相关性分析,才能发现更多的信息。”Venter在接受《中国科学报》记者采访时说,“我希望5年后这一比例能提高到20%。当然这需要慢慢发展,事实上我们正在中国寻找合适的合作伙伴。”

华大基因CEO尹烨抛出了测序数据另一个角度的问题:任何一个数据对个体而言并不值钱,只有数据“集体化”以后才能产生大的价值。

在这方面,美国的23andMe公司走在最前沿。该公司最早通过唾液获得口腔上皮细胞的基因信息,价格是99美元;几乎所有人都觉得这是亏本生意。然而,在23andMe累计了可观的数据量(百万级)后,很多制药巨头向它抛出了橄榄枝;其中,基因泰克提出以6000万美元购买该公司的帕金森数据。23andMe实现了将“医疗大数据”变现为第一桶金。

人类已经进入了功能基因组学时代。目前,基因技术在癌症领域的诊断和治疗应用备受关注。“基因组学提供的海量信息,可以用来判断癌症的发生原因、发展状况和可能的变化趋势,并可依据已知的基因序列和功能设计药物。”Venter说。

靠医疗数据掘金,在Venter看来目前数据还不够大。“目前的能力让人们可以尝试获得百万个基因组。不过世界人口接近80亿,相比而言这仍然只是一小部分。因此,未来还有很长的路要走。”他认为,与此同时,基因组大数据分析的计算能力仍有待提高。

待解的认知

只有数据显然是不够的。按照Venter当初的设想,HLI可与多家企业合作,得到具有临床信息的基因测序样本及健康人群数据,经过大数据的计算与分析,进一步预测出生命特征和衰老趋势,再采取干预手段、改变生活方式等达到健康长寿的目的。然而,他发现,人们目前对遗传学和基因组学的想法有些过于简单。“十五年前,许多科学家希望找到30万个基因,每个对应一个性状。不幸的是,我们不是这么简单的生物。”

Venter曾经举过一个果蝇的例子:“如果它的翅膀有缺陷,我们能够找出哪个结构蛋白导致了这个缺陷并修复它。不过,这个基因可能在早期就控制了果蝇的身体以及翅膀的发育。只是在最后阶段,它才表达结构蛋白。因此,如果我们进行了干预,以为能够修复翅膀,但我们可能使果蝇的整个身体走样。”

一般意义上的基因功能试验,都是在“了解”这个基因功能的情况下开展的。但是,这个基因会不会改变整体发育?有没有人类没有发现的其他过程?“这种所谓的‘试验’,在人类身上做是非常危险的。”Venter谈道。

作为人类基因组的早期绘制者,Venter对“功能基因”表达出了审慎的态度。他谈到,科学家目前对人类基因组功能的了解大概只有10%。“我们对某一些了解得很多,但对相当一部分了解得很少。我们可能不知道大多数基因的真正功能。随着我们扩大规模,使用新的计算方法,未来十年我们可能会了解很大一部分。”

近年来科学家们在基因组学方面的确取得不少进步,但精准医疗是一场并非坦途的长征。高福告诉记者,医学领域许多研究的课题,都是基于临床问题提出的,然后进行基础研究。未来基础理论和临床实践紧密结合才有可能迎来行业和学术的共赢局面。“未来医学整体发展的重中之重是要更加突出临床医学研究的地位,使医研企协同创造更新的技术。”

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