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中国十万人基因组计划”将在4年内完成

来源:未知 作者: 时间:2018-12-17

中国十万人基因组计划”将在4年内完成

我是谁?我从哪里来?我将到哪儿去?这一终极哲学命题,有多种不同的解答视角。从基因角度给出的答案,无疑是非常重要的一种。

近一段时间,有关基因领域的新闻将基因检测、基因编辑、癌症的靶向治疗等原本属于生物医学领域的专业话题,一下子变成了公众话题。

人们对于基因的好奇在于:基因是如何影响人类的长相、身高、智商和健康的?通过基因改造,能使人类免于癌症、艾滋、失明等疾病的困扰吗?通过基因改造,会出现超级人类吗?基因检测能解决什么问题?人们为什么要反对基因编辑?基因信息泄露了会有什么后果?

记者采访了诸多业内一流专家、学者,希望能揭开基因神秘面纱的一角。

基因中隐藏了什么秘密?

组成简单生命最少要265到350个基因。而人由2万多基因组成,有不同的基因编码,每个人的基因都有区别。

基因是影响人的长相、身高、智商的重要因素。有些人吃什么都不胖,有些人吃什么都胖,这就是基因导致的。

那么,基因中还隐藏了什么秘密?

>> 南方人为什么比北方人免疫力更强

中科院神经科学研究所研究员杨辉向记者介绍说:人类每个 基因的DNA序列略有差别,这样的差别导致基因表达量的差异,微量的变化加上多基因的组合,就会导致不同的特征,“比如,有时候是单基因的改变,像血型、单眼皮或双眼皮等;有时是多基因改变,像肤色、身高、体重、性格、头发颜色等。”

10月10日,华大基因发布的中国人基因组学大数据研究成果显示,饮食、气候、病原体等环境因素影响着不同纬度的中国人基因,南方人和北方人的差异就与此紧密相关。

由于古代北方、西北等地区获取蔬菜比较困难,生活在这些地区的人们肉类摄入比例较大,促进脂肪代谢率的等位基因在这些地区有明显富集的趋势;而古代中国南方被称为南蛮瘴气之地,自然环境恶劣,病原微生物尤其是疟疾盛行,南方人与机体免疫功能相关的编码红细胞补体受体I的基因CR1富集。

也就是说,由于环境影响了基因,北方人的脂肪代谢更快,而南方人的免疫力更强。

基因对人体健康的影响更加重大。杨辉介绍说:“在疾病方面,单基因会导致血友病、地中海贫血症,而癌症有遗传的因素但大部分都是成体(即后天)的细胞突变导致的癌症。”

有报道称,英国剑桥大学科学家通过实验证实,酒精会伤害造血干细胞的脱氧核糖核酸(DNA),进而改变DNA排列顺序,增加患癌风险。

不过杨辉认为,目前很难预见酒精与患癌风险之间的关联,“在小鼠上做的酒精实验,与在人体上的含量是否一样,这些都很难说。”

>> 霍金警示:“超级人类”或摧毁普通人

近期,一份英国帝国理工学院的报告引发了业内热议——研究者首次确认了人类大脑中两个与智商有关联的特定基因簇。

这是否意味着,我们可以通过基因的改变来让自己变得更聪明呢?

杨辉分析认为,改变基因的确有可能改变人类缺陷,有让人们选择长相及智商等的可能,但现在技术还不成熟,无法解决嵌合体问题(部分细胞成功改变,部分细胞未被改变),也容易造成脱靶(原本想改变A基因,最后改变了B基因)。

“我们对生命还不够了解,对这些序列还不够了解,还不知道哪些基因能真正提高智商。连最基础的都还不清楚,何来把它变得更好?”杨辉说。

值得注意的是,英国已故科学家斯蒂芬·霍金,对利用基因改造人类表示担忧。霍金的遗作《对严肃问题的简短回答》中提到,未来可能出现DNA变异的“超级人类”,这种超级人类的寿命、智力及免疫力都比一般人强。

霍金在书中称,有钱人一旦有机会更改后代的DNA,就会出现新的人种竞赛。上流社会的孩子将成为更智慧、更长寿、免疫力更高的新种族,而普通人的生存空间将被挤压,甚至被新人种摧毁。

杨辉对此评论道:“这是有可能的,但这种‘未来’还早。一方面是技术层面,一方面是我们对生物了解的程度还不够。未来10年内,改变单基因的遗传性状还能做到,但很多遗传性状都是多基因导致,很难做到。”

虽然通过改变基因来“优化”人类还需要很长时间的探索,但霍金的警告引发的热议,已持续很长时间。

一种观点认为,若霍金的预测成为现实,有基因缺陷的人逐步消失,而拥有“完美”基因的种群存活,正是优胜劣汰、物种进化的必然选择;而另一种观点则认为,优胜劣汰无可厚非,但若资产的多少成为优胜劣汰的基础,进而决定人的生存权利,有悖公平和伦理道德。

俯瞰深圳国家基因库 (视觉中国)

>> “中国十万人基因组计划”将在4年内完成

为了探索基因的真正奥秘,人类基因组计划就此诞生。

人类基因组计划与曼哈顿计划、阿波罗计划并称为三大科学计划,被誉为生命科学的“登月计划”。

1990年,美国能源部与国立卫生研究院共同启动人类基因组计划,英、日、法、德等国相继加入。

中国于1998—1999年先后在上海成立国家人类基因组南方研究中心、在北京成立北方研究中心,并于1999年7月在国际人类基因组注册,积极参加到这项研究计划中,承担其中1%的任务,成为参加这项研究计划唯一的发展中国家。

2003年4月15日,人类基因组计划全部完成。

中科院神经科学研究所杨辉研究员告诉记者,人类基因组计划就是把人的DNA全部测通,30亿个碱基对(编者注:形成DNA的基本单元,包含A、G、T、C),每个是怎么排列的。每个国家负责一点,最终把它拼接起来,中国虽然只参与了人类基因组计划1%的工作,但意义重大——中国没有失去生物产业发展的机遇。

“以地中海贫血症为例,以前我们看病,医生都会说‘有表征像地中海贫血’,但真正要确诊,就要知道是不是DNA序列改变。而人类基因库就是把正常的人类基因建立起来,为诸如地中海贫血这样的疾病做比对时的参考。有了数据库,你就可以告诉病人,具体到哪一序列发生了病变。”杨辉说。

2017年11月28日,我国启动“中国十万人基因组计划”,这是我国在人类基因组研究领域实施的首个重大国家计划,也是目前世界最大规模的人类基因组计划。

据悉,“中国十万人基因组计划”, 最终将绘制完成10万人规模的中国人基因组图谱和中国人健康地图。

一旦基因组图谱绘制完成,就等于彻底破译了中国人体内2.5万个基因的密码,中国人的疾病健康和基因遗传的关系将一览无余。

更让生命科学研究者欣喜的是,中国这个计划是当前世界上推进速度最快的基因组工程,将在4年内全部完成。

?>> 中国克隆猴助力基因编辑研究?

在国内科研工作者的努力下,中国的基因研究进展迅速,在一些领域,如克隆技术等,甚至实现了弯道超车。

自1996年第一只克隆羊“多利”诞生以来,20多年间,各国科学家利用体细胞先后克隆了牛、鼠、猫、狗等动物,但一直没有解决与人类最相近的非人灵长类动物克隆的难题。此前科学家曾普遍认为,现有技术无法克隆灵长类动物。

中科院神经科学研究所孙强团队经过5年努力,成功突破了世界生物学前沿的这个难题。世界上首只体细胞克隆猴“中中”于2017年11月27日诞生,10天后,第二只克隆猴“华华”诞生。

利用该技术,科研团队未来可在一年时间内,培育出大批基因编辑和遗传背景相同的模型猴。

杨辉告诉记者,有了克隆猴模型后,做基因编辑会更容易。“如果觉得哪些是致病基因,可以把体细胞在体外进行编辑后再进行克隆,完成移植。这是一个疾病模型,在猴子身上做一系列实验,了解疾病是怎么来的,然后用干预手段来治疗它。”

风口产业:基因检测

>> 锁定癌症基因突变的精确制导武器

如今,基因检测已成为生物科学领域最具发展前景的技术之一。对于患者而言,不同于过去的放疗和化疗时代,精准医疗在治疗前首先要了解肿瘤的类型和致病的基因突变,然后才能根据突变的基因实行靶向治疗。

据BBC Research预测,2018年全球基因测序市场规模将达117亿美元,未来4年年复合增速预计可达21%。中商产业研究院数据也显示,2016—2020年,全球精准医疗市场规模将以每年15%的速度增长。预计2020年全球精准医疗市场规模将达到1050亿美元。

目前中国基因检测相关企业已经超过500家。

中国高科技产业化研究会生物医药产业化工作委员会常务副主任委员、中国医药生物技术协会《免疫细胞制剂制备质量管理自律规范》起草小组组长武宁告诉记者,现在肿瘤的靶向治疗有了越来越多的药物可供选择,然而需要“有的放矢”,“癌细胞的基因突变就是目标,靶向药物就像精确制导的导弹,但导弹要执行任务,首先要锁定目标,基因检测就是锁定目标的武器。”

某跨国药厂高级研发人员、北京大学化学博士方李超举例说:“例如在肺癌中,非小细胞肺癌最常见的突变是EGFR(表皮生长因子受体),确定这一突变之后才能选择特异的EGFR抑制剂,如易瑞沙进行治疗。而如果是ALK基因突变,合适的靶向药是克唑替尼,若用了易瑞沙,可能完全没有效果。”。

不过,复旦大学附属肿瘤医院胸外科主任、肺癌防治中心主任陈海泉接受记者采访时说,基因突变并不都能作为治疗靶点,“比如KARS突变,明明知道它是基因突变的根源,但仍然没有找到具有针对性的靶向治疗法。”

>> 中国偏重下游应用,上游较薄弱

杭州瑞普基因科技有限公司的生物信息大数据部总监李南接受记者采访时介绍,目前,欧美在基因检测产业链等方面引领全球行业发展的方向,上游基因检测解决方案提供商Illumina、Thermo Fisher等公司几近垄断全球市场;位于下游的检测服务提供商在各应用领域内也建立了相对成熟的服务模式,如Foundation Medicine、Guardant Health等。

“欧美发达国家基因检测已经具有相当高的普及率。美国FDA (食品药品监督管理局)已经强制要求临床使用靶向药前进行EGFR、KRAS等基因检测。另一权威机构NCCN(美国癌症综合治疗网络)也将EGFR、ERCC1等基因检测纳入到癌症治疗指南中。”李南说,世界其他国家和地区在基因检测领域处于发展阶段,多使用来源于美国的技术。

他告诉记者,因为中国基因检测市场发展起步晚,虽然国家高度重视精准医疗的发展,但依然存在众多挑战。

在他看来,中国在基因检测领域取得了不错的成就,尤其是在临床应用的前沿技术研发及产品开发上,逐步走出了自己的天地。不过,在测序平台技术及上游的产品开发上仍需努力。

12月5日,上海市人大常委会领导联系代表座谈会上,上海市人大代表、上海人类基因组研究中心(国家人类基因组南方研究中心)研究规划部主任王志敏说,在世界贸易摩擦逐渐增多的大背景下,包括生命科学研究、基因测序等生物医药的进出口或会受到影响。“比较坦诚地说,我们国家高端测序仪还没有真正实现国产化,几乎都是依托于美国的仪器设备。除了仪器设备,后面的耗材也是很大的一块。”

王志敏说,更为重要的是,掌握了基因测序产业的上游,就可以大致了解到其他国家和地区的基因领域的研发情况。“比如,从事基因领域研发设定的探针等,现在主要是从美国进口。如果要针对某一疾病研发原创性药物,这边刚一启动,项目还没有进展多少,对方就可以通过咱们要订购的探针类型,以及探针集中在哪个区域,分析出大概的研究进展方向和进展程度。”

“尤其是现在是大数据时代,我们在做任何疾病研究之前,都要去NCBI(美国国立生物技术信息中心,医学基因专用数据库)上查资料,别人根据你检索的热度,就可以获悉你感兴趣的点。”王志敏说。

>> 曾被叫停,解禁后蓄势待发

记者注意到,原国家食药监总局和国家卫计委曾于2014年2月9日联合下发通知称,在相关的准入标准、管理规范出台以前,任何医疗机构不得开展基因测序临床应用,已经开展的,要立即停止。其中受影响最大的即是NIPT(无创DNA产前检测)。

当时原国家食药监总局相关负责人解释,临床测序技术的使用面临不少标准缺失,技术、价格、质量监管、伦理隐私保护等问题有待规范,因此监管部门希望通过暂时停止的方式,对行业进行规范。

众安生命高级产品经理王彩月告诉记者,“没有标准”是基因检测产业快速发展的主要障碍之一。如果两家公司技术人员通过检索科学文献来选取基因位点进行基因检测,由于评估方法及数据库等没有统一标准,最终的检测结果有时会差别很大。“当时叫停是在医疗端。叫停期间国家开始出台相关政策和标准,2015年整个行业就开始发展起来了。”

2015年年初,原国家卫计委先后发布了《关于产前诊断机构开展高通量基因测序产前筛查与诊断临床应用试点工作的通知》和《关于开展高通量基因测序技术临床应用试点工作的通知》,109家医疗机构和北广深多家检测机构列入试点单位,被业界解读为基因检测临床应用被叫停一年后开闸。

相关政策和标准将基因检测规范化后,一系列鼓励政策陆续出炉。

瑞普基因的李南认为,政府主导的科研投入可以推动医疗模式向精准型转变,将全面推动疾病预防、诊断、治疗及预后相关的研究和药物研发的进展。

>> 业界呼吁将基因检测纳入医保

中国高科技产业化研究会生物医药产业化工作委员会常务副主任委员、中国医药生物技术协会《免疫细胞制剂制备质量管理自律规范》起草小组组长武宁向记者介绍,近几年我国癌症基因检测服务已经呈现出高速发展的趋势,一二线城市医院逐步开始普及癌症基因检测项目,并已经出现一批引进先进技术、提供基因检测服务的机构。我国部分地区也将基因检测纳入了医保范围。

但纳入医保的毕竟是少数。

全国多个省市已将癌症治疗靶向药物纳入大病保险特药支付范围,但是医院在开具前要确认其是否对应患者的基因突变,需要进行基因检测。而因为在很多地区,基因检测并未纳入医保,进而导致部分经济困难、难以支付基因检测费用的患者,无法直接购买被纳入医保的靶向药物。

据悉,北京、上海、广州的基因检测率只有40%~50%,二三线城市检测率更低,仅为20%~30%。“检测率低的原因在于检测费用居高不下,特别是靶向药物纳入医保后,相当部分患者选择‘盲吃’,不仅贻误治疗,还影响治疗效果。”武宁说。

以肺癌靶向治疗为例,去做相关基因检测以确认是哪个基因突变,花费一般在几千到1万元不等。不同水平的基因检测公司,从检测设备、数据分析、专家团队、临床匹配等各个方面,都有较大区别。

“其实基因检测价格是呈下降趋势,已经从约10000美元降到了约1000美元。”王彩月告诉记者,基因检测在医保里面分得很细,“比如NIPT已经在很多省份进了医保,肿瘤位点的检测浙江、江苏也进了医保。不过,人的碱基有30亿个,只有两三个与疾病关系明确的位点进入了医保。”

业内人士认为,基因检测被纳入到医保中在国际上是大趋势,未来基因诊断在全国范围内统一纳入医保是非常可能的结果。