从1%起步破译“生命天书”，中国的基因测序技术跻身世界前列

整整21年前，2000年6月26日，被称为破译“生命天书”的人类基因组序列草图绘制完成。我国科学家参与并完成了这一计划的1%的任务，成为当时世界上少数几个能独立完成大型基因组分析的国家。

不要小看了这1%，正是从这1%起步，中国的基因测序技术逐渐走向全球第一梯队。

【“人类基因组计划”的“中国”印记】

1953年，英国科学家弗朗西斯·克里克和詹姆斯·沃森发现DNA（脱氧核糖核酸）的双螺旋结构——由含有四种碱基（A、T、C、G）的脱氧核苷酸连接而成的长链。这4个“字母”的排列组合构成了所有物种基因组的“天书”。

如何破译这部天书，从而了解生命的奥秘呢？1977年，英国生物化学家弗雷德里克·桑格等，测定了第一个基因组序列。此后，人类解码DNA序列的尝试就从未停止。

1990年10月，“人类基因组计划”在美国首先启动，进而英、日、法、德相继参与，组成了国际“人类基因组计划”协作组。

这一生命科学领域的大事，中国要参与吗？答案是肯定的。

1994年，中国“人类基因组计划”在谈家桢、吴旻、强伯勤、陈竺，以及沈岩、杨焕明等科学家倡导下启动。

1997年11月，在中国遗传学组青年委员会第一次会议上，杨焕明、于军、汪建、贺福初、贺林、余龙、夏家辉等商议要加入国际“人类基因组计划”。

在中国科学院和国家南、北方基因组中心同行支持下，中国科学院遗传所（现遗传发育所的部分前身）人类基因组中心在1998年8月成立。按遗传所原所长陈受宜的话说，该中心将“有志于此的人才汇聚一堂”，解决了当时我国大规模基因组研究人才匮乏的窘境。

1999年9月1日，国际“人类基因组计划”协作组向全世界宣布中国加入“人类基因组计划”，这标志着继美、英、日、法、德后，我国成为第六个参与“人类基因组计划”的国家，也是唯一的发展中国家。

人类基因组包含近2万个编码蛋白质的基因，由约30亿个碱基对组成，分布在细胞核的23对染色体之中。中国在“人类基因组计划”中负责测定和分析3号染色体短臂上从端粒到标记D3S3610间大约30厘摩尔（相当于3千万个核苷酸）的区域，因此被称为“1%项目”。

中科院遗传所人类基因组中心和国家南、北方基因组中心共同完成了“1%项目”的基因序列图谱，相比国际同行，提前两年高质量完成任务。

通过参与这一计划，中国科学家得以在短时间内学习了先进的生物技术。此后，完成了水稻基因组、小麦A基因组、SARS冠状病毒的基因组研究，以及对熊猫、家猪、家鸡、家蚕等动物基因组的测序工作，使我国的基因组研究得以跻身世界前列。

【基因测序成本出现了“断崖式”下跌】

20年来，随着基因组测序技术的不断发展，成本也出现了“断崖式”下跌。

“人类基因组计划”在1985年被提出时，无人知晓究竟要花多少钱，后来该计划耗资近30亿美元。2008年，全基因组测序的成本降至20万美元。2010年，该费用可以控制在1万美元以内。2020年，人类全基因组测序的成本已降低到1000美元以下。

今年6月初，华大基因全资子公司武汉华大医学检验所，中标了“四川大学华西医院十万例罕见病患者全基因组测序计划采购项目”，更是低至每例1348元人民币，在成本控制方面已全球领先。

正是基于四代测序技术的“接力赛”，人类基因组序列终于有了更完整的版本。近日，加州大学圣克鲁斯分校的卡伦·米加和美国国家人类基因组研究所的亚当·菲利皮领导的“端粒到端粒”联盟绘制的新版本基因组，比2001年增加了近2亿个碱基对以及2226个新基因，使人们获得了约30.55亿对碱基对的完整信息。

【医疗应用成为基因测序最大的增长点】

国家人类基因组研究院主任埃里克·格林从第一天起就参与了“人类基因组计划”，他曾想象有一天基因组学可能会成为临床治疗的一部分，“但真的没想到会在我有生之年发生。”

2010年，罹患罕见致命性肠道感染病的6岁美国男孩尼古拉斯·沃尔克，成为世界上第一个被基因测序技术拯救的儿童。基因测序发现他有一个出人意料的基因突变，通过从脐带血中取出细胞进行骨髓移植，取得了良好疗效。

近年来，又有多位地中海贫血、白血病患者受益于基因技术被治愈。这些成果向人们展示了基因科技造福人类的前景。

如果说技术的更新换代和成本的大幅下降为基因测序“飞入寻常百姓家”提供了可能，政策支持则为基因技术行业的发展提供了红利。2015年1月底，美国宣布“精准医学计划”，目的是让所有人获得健康个性化信息。同年3月，我国首次召开精准医学战略专家会议，计划在2030年前投入600亿元加速中国精准医疗行业发展。

如今，医疗应用已成为基因测序最大的增长点，比如生育健康、肿瘤个体化诊断和治疗、遗传病和传染病检测等方面。

我国庞大的人口基数也是发展医学基因检测产业的巨大优势。华大基因针对罕见病进行基因测序的样本高达十万例，是这一病症前所未有的检测规模。近年来，我国还启动了聋病基因组计划、万人双胞胎基因组计划、百万人群基因大数据、十万新生儿出生缺陷筛查项目……

“人类基因组序列就像化学元素周期表对化学一样重要，而基因组提供了遗传信息，人的生、老、病、死都与基因组图谱密切相关，其重要性不言而喻。”中科院院士、华大基因联合创始人杨焕明说。

【构建生命科学的“大数据”】

正如2018年9月詹姆斯·沃森等人在《自然》撰文所写的那样：“很多科学发现都是技术发明推动的。比如，由于玻璃磨制技术的改进，发明出了望远镜，天文学才得以空前进步；再如，莱特兄弟发明了飞机，其后才有空气动力学。有了DNA测序技术的进步和工具的发展，基因组科学才有如此惊人的突破性发展。”

自2001年开始，每年关于蛋白编码基因的学术论文数量在1万篇到2万篇，很多研究集中在一些“超级明星基因”上，这对深入认识重要的基因十分关键。

2001年之前，明确某种药物全部蛋白靶点的概率不到50%。“人类基因组计划”完成后，美国每年通过的药物几乎都有清楚的作用靶点说明。

“人类基因组计划”不仅促进了生物学和生物医学的发展，而且正在积极深化遗传学、生物化学、分子生物学和信息科学等多学科合作的“大科学”融合，共同构建生命科学的“大数据”时代。

生命科学的组学时代曙光初现。