中國網/中國發展門戶網訊 2001年2月15日，被稱為破譯“包養生命天書”的人類基因組序列草圖正式發表。20年前，我國科學家參與并完成國際“人類基因組計劃”（HGP）1％的任務，使我國成為世界上少數幾個能獨立完成大型基因組分析的國家，為中國生命科學研究和生物包養網產業發展開拓了無限的空間。
20年來，這一劃時代的成就，給人類對疾病和物種演化的認知帶來了革命性變化。基因測序技術不斷進步，測序成本以“超摩爾速包養度”直線下降，新的基因組藥物不斷問世，科學家們解密的致病基因越來越多。但相比未來，生命科學的組學時代才曙光初現。
6月26日，在人類基因組草圖公布20周年之際，中國科學院遺傳與發育生物學研究所、中國科學院北京基因組研究所（國家生物信息中心）和華大基因聯合舉辦“紀念國際人類基因組工作草圖繪制和‘1%項目’完成座談會”，以回顧基因組學發展歷程，推動我國生命科學更快、更好地發展。
從1%到第一梯隊
基因組學的“中國”印記
1953年，英國科學家弗朗西斯•克里克（Francis Crick）和詹姆斯•沃森（James Watson）發現DNA（脫氧核糖核酸）的雙螺旋結構——由含有四種堿基包養網（A、T、C包養、G）的脫氧核苷酸連接而成的長鏈。這4個“字母”排列組合構成了所有物種基因組的“天書”。
如何破譯這部天書，從而了解生命的奧秘呢？1977年，英國生物化學家弗雷德里克•桑格（Frederick Sanger）等發明了末端終止測序法，標志著第一包養網代DNA測序技術的誕生。同年他們測定了第一個基因組序列，全長5375個堿基的噬菌體X174。自此，人類獲得了窺探生命遺傳密碼的能力。
此后，解碼DNA序列的嘗試就從未停止。
1990年10月，包養網 “人類基因組計劃”在美國首先啟動，進而英、日、法、德相繼參包養網與，組成了國際“人類基因組計劃”協作組，其核心內容是包養測定人類基因組的全部DNA序列，獲得人類全面認識自我最重要的生物學信息。
這項被譽為生命科學領域“阿波羅登月計劃”的“盛宴”，中國要參與嗎？答案是肯定的。
1994年，中國“人類基因組計劃”（CHGP）在談家楨、吳旻、強伯勤、陳竺，以及沈巖包養網、楊煥明等科學家倡導下啟動。
1997年11月，在湖南張家界舉行的中國遺傳學組青年委員會第一次會議上，楊煥明、于軍、汪建、賀福初、賀林、余龍、夏家輝等青年科學家商議要加入國際“人類基因組計劃”，推動中國基因組科學的發展。
隨后，在中國科學院和國家南、北方基因組中心包養同行的支持下，中國科學院遺傳所（現遺傳發育所的部分前身）人類基因組中心在1998年8月成立。按遺傳所原所長陳受宜的話說，該中心將“有志于此的人才匯聚一堂”，解決了當時我國大規模基因組研究“人才匱乏”的窘境。
次年7月7日，國際“人類基因組計劃”協作組公布了中國加入“人類基因組計劃”的申請，并于同年9月1日正式向全世界宣布，這標志著我國成為美、英、日、法、德之外，第六個 “人類基因組計劃”的參與國家，也是唯一的發展中國家。
人類基因組包含近2萬個編碼蛋白質的基因，由約30億個堿基對組成，分布在細胞核的23對染色體之中。中國在“人類基因組計劃”中負責測定和分析3號染色體短臂上從端粒到標記D3S3610間大約30厘摩爾（相當于3千萬個核苷酸）的區域，因此被稱為“1%項目”。
2001年8月26日，遺傳所人類基因組中心暨于1999年9月9日成立的北京華大基因研究中心、國家南、北方基因組中心共同完成了“包干”區域任務——“1%項目”的基因序列圖譜，相比國際同行，提前兩年高質量完成任務。同年8月，國家主席江澤民接見了包括我國科學家代表在內的國際“人類基因組計劃”協作組的各國負責人。次年，中國“1%項目”組被集體授予國家自然科學獎二等獎。
也許“1%項目”對整個項目而言它有些微不足道，但它的實施給我國基因組學發展所帶來的意義卻是重大的。同時，“1 %項目”也對社會公眾進行了一次聲勢浩大的基因普及教育，為中國生命科學研究和生物產業發展開拓了無限的空間。
“加入國際“人類基因組計劃”，可以使中國平等分享該計劃所建立的所有技術、資源和數據,并使我國成為世界上少數幾個能獨立完成大型基因組分析的國家。”中科院院士、華大基因聯合創始人楊煥明曾如是說。
2003年，距離發現DNA雙螺旋整整半個世紀后，歷時13年，耗資近30億美元的“人類基因組計劃”于200包養3年4月25日宣告完成。作為人類科學史上的偉大工程，它帶來了生命科學的新時代，在發展過程中建立起來的基因組學、生物信息學技術對生物相關學科和產業起到巨大的推動作用，有關生命科學的新興技術和生物產業如雨后春筍般涌現。
而中國科學家“搶”到的“人包養類基因組計劃”1%份額，讓這個人類科技史的重要里程碑上刻下了“中國”二字。同時，它還帶動的中國基因測序技術從追趕實現并跑，并逐漸走向全球第一梯隊。
通過參與這一計劃，中國科學家得以在短時間內學習并追趕發達國家的先進生物技術，先后完成了水稻基因組、小麥A基因組、SARS冠狀病毒的基因組研究，以及對熊貓、家豬、家雞、家蠶等動物基因組的測序工作，使我國的基因組研究得以躋身世界前列。
同時，我國基因組測序產業規模與創新研究“比翼齊飛”。例如，產業方面，國內華大基因等以測序為主的公司在全球市場占有一席之地；學術方面，諸如中科院遺傳發育所、北京基因組研究所、農科院基因組研究所等，成為我包養國基因組學原始創新研究、創新人才培養重要基地。
從30億美元到300美元
DNA測序技術“高歌猛進”
人類基因組草圖發布20年來，相關科學研究突飛猛進。基因組測序的成功，催生了許多其他規模化人類基因測序計劃，如國際HapMap計劃，旨在發現人類基因組中普遍不同的位點；ENCODE計劃，目標是找出人類基因組中的功能元件；Proteome計劃，是第一個國際人類組織/器官的蛋白組計劃，也是中國科學家首次領導執行的重大國包養際科技協作計劃。
不止如此，基因測序技術還在其他眾多領域得到廣泛應用，包括生物的基因組圖譜繪制、環境基因組學和微生物多樣性、轉錄水平動態響應及其調控機制，疾病相關基因的確定和診斷、考古學（古代DNA）、物種演化過程等等。
這一切得益于20年來基因組測序技術的飛速發展，帶來的價格“包養斷崖式”下跌。
“人類基因組包養計劃”在1985年被提出時，可謂是一次“世紀拍板”。當時無人知曉測序究竟要花多少錢，于是按1美元一對堿基做的“拍腦袋”預算，總預算30億美元。計劃周期為15年，即于2005年完成。
當第一個人類基因組被完全解讀后，科學界的普遍共識則是迫切需要新的技術革命。以更低的成本、用更短的時間和更高的效率來準確地測定每個人的基因組。如此，基因組學才有未來。
如今，自“人類基因組計劃”以來，DNA測序技術的發展已經歷4次歷史性飛包養網躍。
上世紀70年代桑格等人發明第一代測序技術后到包養上世紀90年代，科學家把多種漸進性的技術創新整合在一起，取得了革命性的進步。從最初的凝膠電泳法手動測序到90年代的毛細管電泳全自動桑格法測序就是一個極好的例證，最終成為繪制人類首個基因組圖譜的基礎技術。然而，這種技術測序耗時長、費用高，無法滿足現代科學發展對生物基因序列獲取的迫切需求。
第二代高通量測序是對傳統桑格測序的革命性變革，一次運行即可同時得到幾十萬到幾百萬條核酸分子的序列，大大降低了獲取核酸序列所需的成本。其打破了“摩爾定律”的電腦技術發展速度，使得獲得基因序列所需的時間和資金成本直線下降。
例如，2007年5月，“人類基因組計劃”完成4年后，“包養網DNA之父”詹姆斯·沃森拿到了世界上首分個人基因組圖譜。繪制沃森基因組圖譜的“吉姆工程”前后只用了不到2年時間，花費僅20包養網0萬美元。
2008年，全基因組測序的成本降至20萬美元。到2010年，該費包養用已經可以控制在10000美元以內。而據NIH數據，到2020年，人類全基因組測序的成本已降低到1000美元以下。
今年6月初，華大基因全資子公司武漢華大醫學檢驗所中標的“四川大學華西醫院十萬例罕見病患者全基因組測序計劃采購項目”，標金額更是低至每例1348元人民幣。這說明其在人類全基因組測序的成本控制方面已達到全球領先地位。
嘗到“甜頭”，科學家創新熱情持續高漲，又發明了第三代單分子測序技術、第四代核苷酸測序技術，進行單條序列長度更長、更準確的測序。
正是基于四代測序技術的“接力賽”，人類基因組序列終于“補齊”，有了更完整的版本。而此前發表的人類全基因組序列都留有不少“缺口”或“空洞”。
近日，由加州大學圣克魯斯分校的卡倫·米加和國家人類基因組研究所的亞當·菲利皮領導的“端粒到端粒”（T2T）聯盟繪制的新版本基因組新版本，比2001年的版本增加了近2億個堿基對以及2226個新基因，使人們獲得了約30.55億對堿基對的完整信息。這一結果填補了之前剩余的大部分缺口，是自人類參考基因組首次發布以來進行的最大改進。
據悉，最新的序列利用兩種互補的全新的DNA測序技術推導而來。牛津納米孔公司的技術允許更長的DNA片段以非常高的精確度進行測序；加利福尼亞的太平洋生物科學公司（PacBio）的技術則可以產生超長的連續DNA序列。這些新技術使得拼圖片段可以長達數千甚至數百萬堿基對，組裝也變得更加容易。
正如2018年9月30日詹姆斯·沃森等人在《自然》雜志共同撰文所寫的那樣：“人們常常以為，是先有科學發現再有技術發明，科學發現和技術發明存在單向關系，其實不然。”
“很多科學發現都是技術發明推動的。比如，由于玻璃磨制技術的改進，發明出了望遠鏡，天文學才得以空前進步；再如，萊特兄弟發明了飛機，其后才有空氣動力學。有了DNA測序技術的進步和工具的發展，基因組科學才有如此驚人的突破性發展。”他們表示。
從生物學到生命組學
生命科學的組學時代“曙光初現”
20年來，“包養網人類基因組計劃”所取得的劃時代成就，給人類對疾病和物種演化的認知帶來了革命性變化。
國家人類基因組研究院（NHGRI）主任埃里克·格林（Eric Green）從第一天起就參與了“人類基因組計劃”，他曾想象有一天基因組學可能會成為臨床治療的一部分。“但我真的沒想到這會在我有生之年發生。”在去年“人類基因組計劃”啟動30周年時，他包養網如是說。
2010年，科學家懷揣了數十年的夢想成為現實。當年，罹患罕見致命性腸道感染病的6歲美國男孩尼古拉斯·沃爾克（Nicholas Volker）成為世界上第一個被基因測序技術拯救的兒童。基因測序發現他有一個出人意料的基因突變，并指出了一種治療方法，從臍帶血中取出細胞進行骨髓移植，取得了良好包養網療效。
這一奇跡給了科學家巨大的信心。近年來，又有多位地中海貧血、白血病患者受益于基因技術被治愈。這些成果向人們展示了基因科技造福人類的誘人前景。
如果說技術的更新換代和價格的大幅下降為基因測序“飛入尋常百姓家”提供了保障，那么政策支持就為基因技術行業的發展提包養網供了紅利。2015年1月底，美國宣布“精準醫學計劃”，目的是讓所有人獲得健康個性化信息。同年3月我國首次召開精準醫學戰略專家會議，則計劃在2030年前投入600億元加速中國精準醫療的行業發展。
在此背景下，醫療應用已經成為基因測序最大的增長點。在臨床上，它被應用于生育健康、腫瘤個體化診斷和治療、遺傳病、傳染病檢測等方面。在腫瘤檢測、個體化用藥領域中，隨包養著應用技術、數據解讀技包養網術的不斷深入，基因檢測市場發展空間越來越大。
我國龐大的人口基數也是發展醫學基因檢測產業的巨大優勢。例如，華大基因前述基因測序項目的罕見病樣本量高達十萬例，是針對這一病癥前所未有的檢測規模。此外，近年來，我國還啟動了聾病基因組計劃、萬人雙胞胎基因組計劃、百萬人群基因大數據、十萬新生兒出生缺陷篩查項目……這些項目將為實現國內疾病真正精準診斷提供重要支持。
“人類基因組序列就像化學元素周期表對化學一樣重要，可以知道世界是由多少種元素組成。而基因組提供了遺傳信息，人的生、老、病、死都與基因組圖譜密切相關，其重要性不言而喻。”楊煥明說。
2021年2月11日，美國西北大學網絡科學研究所亞歷山大·蓋茨（Alexander Gates）等包養網在發表于《自然》的文章中，通過對1900至2017年間的704515篇相關科研論文進行分析后發現，得到“注釋”的基因數量迅猛增加。自2001年開始，每年關于蛋白編碼基因的學術論文數量在10000到20000篇，很多研究集中在諸如TP53、TNF 和 EGFR等“超級明星基因”上。這對深入認識重要的基因十分關鍵。
“人類基因組計劃”還進一步確定了基因組中非編碼序列的生物重要性。這些序列的改變不會影響蛋白的序列，但會干擾蛋白表達和調控的網絡，進而影響生物學功能。
在2001年之前，明確某種藥物全部蛋白靶點的概率不到50%。“人類基因組計劃”完成后，美國每年通過的藥物幾乎都有清楚的作用靶點說明。
盡管如此，整體看，生命科學的組學時代才剛剛曙光初現，這場疫情也再次提醒我們：我們對生命的認識還遠遠不夠。一方面，經過2包養0年的研究，生物學家目前對定義生命的網絡組織和動態有了初步的認知，但尚不足以充分理解任一系統。另一方面，“人類基因組計劃”不僅促進了生物學和生物醫學的發展，而且正在積極深化遺傳學、生物化學、分子生物學和信息科學等多學科合作的“大科學”融合，共同構建生命科學的“大數據”時代。
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