人类基因组计划
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人类基因组计划 文/刘柏岐 人类基因组计划 世界上有很多有名的密码，比如原来通讯时常用的摩斯密码、希尔密码。在二战时期，军队为了秘密通讯，又衍生出了很多复杂的、难解的加密密码。我们在感叹人类智慧的同时，殊不知，其实世界上最复杂的密码表早已经在我们身体中被设定好，它就是我们的遗传信息序列，又称为基因组序列。 人类的基因组序列是由四种脱氧核糖核酸构成，分别为腺嘌呤脱氧核糖核酸（dAMP，简称A）、胸腺嘧啶脱氧核糖核酸（dTMP，简称T）、胞嘧啶脱氧核糖核酸（dCMP，简称C）和鸟嘌呤脱氧核糖核酸（dGMP，简称G）。看似简单的成分却通过巧妙地组合，构成了体内上万个基因序列，这些基因协同作用，完成了我们从受精卵到死亡体内所有的生命活动，因此，可以说，人类基因组序列是世界上组成最复杂功能最强大的密码。 科学家为了破解这个密码，开启了人类历史上一个伟大的计划——人类基因组计划（Human Genome Project, HGP）。所谓基因组，就是生物体内所有的DNA序列，而人类基因组计划简单地说就是测定人类DNA序列中A、T、C、G的排列顺序。这项计划总共历时十多年的时间，由美国、英国、法国、德国、日本和中国的科学家共同完成，并与曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划并称为三大科学计划，被认为是人类探索自身奥秘迈出的重要一步。
▲人类基因组计划徽标 人类基因计划的历史 对人类基因组的研究，其实自1953年沃森和克里克发现DNA双螺旋结构后，各国就一直在进行，但都是小规模的测定以及对测序方法的研究。在1984年到1986年由美国能源部组织的科学会议上，整个人类基因的测序第一次被提出并被讨论。1988年，美国成立了“国家人类基因组研究中心”，由诺贝尔生理学和医学奖获得者詹姆斯·沃森担任第一任主任，这极大的推动了美国人类基因组计划的进展。与此同时，英国、法国和日本也在本国政府的资助下也在开展相应的基因组研究。1990年，随着这几个国家的基因组研究中心的建立，由美国能源部推动的其他几个国家共同参与的国际人类基因组计划正式开始。随后，德国、中国相继加入。 中国的人类基因组计划是在中国国家自然科学基金委员会的支持下，于1994年启动。1998年，中美科学家通过合作将一个与华人以及鼻咽癌相关的肿瘤抑制基因定位于人类3号染色体上。中国应用此项研究，于1999年6月26日向国际人类基因组计划递交加入申请，同年7月完成组织注册，并被分配完成人类3号染色体上一个约3000万个碱基对的测序任务，占人类基因组计划总任务量的1%。这也是中国成为继美国、英国、法国、日本和德国之外第六个加入这个组织的国家，并且是其中唯一一个发展中国家。
▲人类染色体组 2000年4月，中国完成了人第3号染色体上3000万个碱基对的工作草图。同年6月26日，六国科学家共同宣布人类基因组草图绘制工作完成。到2005年，人类基因组计划的测序工作已经基本完成。当时其实只完成了人类基因组95%的测序工作，其余比较难测定的序列在后来的几年中逐渐被测定。通过人类基因组计划的不断发展以及科学家对基因组序列的解读，截至2016年10月的数据显示，人体内总共测定了58219个基因，这个数字还会不断的增长。 人类基因组计划的意义 如果说人类基因组相当于一本生命的“天书”，那么人类基因组计划的完成，就是把这本“天书”实实在在地呈现在了人们的面前。但仅仅通过阅读这本书，我们并不能获得任何有用的知识，因此需要科学家后续的不断解读，通过真正理解这本书的内在含义，我们最终能发现生命运行的秘密。 人类基因组计划虽然是由6个国家的科学家共同完成的，但最终得到的数据是全人类免费共享的，任何国家的科学家都可以通过生物学网站下载人类基因组序列，这极大地促进了生物研究的发展。其实，除了科学家，我们也可以自由地下载人类基因序列。如果大家想尝试着自己去搜索，其实很简单，只需要5步就可以得到结果，如下图所示。用这种方法，你可以得到任何你想得到的人类基因的序列相关数据。所以说，其实生物就在我们身边，每个人都可以免费地、便利地得到这样的信息，只不过可能不会像专业人士那样去解读这些信息。不管怎么说，之所以能够拥有如此便利的获取信息的条件，都是因为人类基因组计划的顺利进行，可以让我们如此近距离地接触这些专业信息。 除此之外，人类基因组计划还极大地促进了测序技术的发展，从最开始的手动测序到机器自动测序，机器测序又从最开始的一代测序发展为现在的三代测序以及未来的四代测序。每一次测序技术的进步都代表了测序速度、精度以及长度的极大发展。人类基因组计划由6个国家、成千上万的科学家共同参与，总共耗时十多年的时间，才完成了基因组约95%的测序工作。而现在应用二代测序技术，仅需要2～3名工作人员、1周的时间就能把人类基因组测定完成。而这种测序技术的发展使得各国科学家开始着手测定其他物种的基因组序列，包括植物、动物、微生物和病毒，这都为进一步的科学研究以及物种之间的相互比较打下了坚实的基础。 人类基因组计划与我们生活的关系 人类基因组计划这么“高大上”的研究不仅对科研事业有长足的影响，而且跟我们生活也息息相关，最主要的就是对医疗的影响。 首先，是癌症治疗。很多人谈到癌症都会为之色变，主要是因为现在没有很有效的医疗手段来治疗这种疾病。在人类基因组计划启动之前，人们对癌症相关基因还知之甚少，癌症治疗的方法大多数也都是延缓治疗。计划开展之后，科学家在人类基因中发现了很多与癌症相关的基因，通过对这些基因功能的研究，加速了我们对癌症发病机制和发展趋势的认识，并且对特定部位的癌症是由特定的治病基因导致的这种现象有了更加明确的认识，应用这些知识，我们可以对特定癌症进行针对性的治疗。虽然现在人类仍走在抗争癌症的道路上，但相信在不久的将来，我们对人类基因组有了更加深刻的认识之后，我们一定可以找到治愈癌症的方法。 其次，是个性化医疗。个性化医疗其实就是以每个人的基因组信息为基础，为每个人制订最适合自己的医疗方案。可能有些人会这样问，人类的基因组不都是一样的吗？怎么还会有个性化医疗？其实，我们每个人的基因组都是不一样的，在人类基因组计划的实施过程中，科学家就发现在人类广袤的基因组上，有很多位置的单个核苷酸人与人之间具有差异性，这就叫单核苷酸多态性（single nucleotide polymorphisms, SNP）。换句话说，就是相同的一个基因上，其中有一个位点或几个位点，在北方人中就是G，南方人中就是A（这个基因不一定存在）。其实，在很多致病基因上就存在着很多这样的SNP位点，导致了相同的疾病下，可能某些人就有明显的抗药性疗效不佳，有些人治疗效果很好。人类基因组计划通过测序就发现了大量这样的位点，为个性化医疗的发展打下了良好的基础。
▲单核苷酸多态性 另外，人类基因组计划还使以后建立个人基因组库变为了可能。这主要因为人类基因组计划的完成，使得我们对基因组信息有了更深刻的认识，加上测序技术的进一步发展，让个人测序在不久的将来也会实现。不久的将来，或许我们每个人都会有自己的基因组库，到医院就医时，通过刷身份证就能把自己所有的基因信息调取出来，为疾病诊断、预测和治疗提供更准确的信息。 人类基因组计划，是一个造福全人类的工程。它像一个读码机，解读了一组由大自然设定的最复杂的“密码”。从此之后就像被推到的多米诺骨牌一样，一系列科学研究以及技术开发都随之快速发展。但与此同时，我们还应该意识到，即使密码序列已经被解读，但其背后隐藏的真正功能还需要我们花费更多的时间进行探索。生命是神奇的，我们无法想象地球是如何从第一个有机物质发展到现在这样万物生长的状态。我们现在也无从了解，到底是什么控制了这样的一切，让所有生物都和谐的生活在了一起。大自然用相似的物质造就了这个千姿百态的世界，任何生物都有它自己的位置，发挥着自己的功能，从分解到再生一直循环往复着。为什么世界是这个样子的？为什么会产生了这么多各种各样的生物？到底是什么让他们周而复始的生长？为了解释这一切的一切，我们还有很多路要走，人类基因组计划可能只是我们探索未来的一小步，但这一小步是将带动今后可能几十年几百年的一大步。生命还在继续，我们还在探索…… |
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