“Nature:回顾人类基因组计划的25年”

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原标题: nature :人类基因组计划，回顾大生物学的25年

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25年前启动了人类基因组计划，至今其提供的经验仍在引导着由此展开的基于团队合作的科学研究。

1989年，人类基因组计划开始之前，在纽约冷泉港实验室召开的班伯里会议。 弗朗西斯·柯林斯和詹姆斯·沃森在前排。

25年前，新建成的美国国家人类基因组研究中心(现国立人类基因组研究所，national human genomeresearch ins，nhgri )在我们三位的指导下，与美国国内和国际伙伴合作制定了人类基因组计划。 之后发生的一切，都成为了最具历史意义的重要科学成果之一:通过长达13年的探索，对人类基因组的30亿碱基对进行测序。

几年前，围绕人类基因组计划展开的争论焦点也集中在这个问题上:这个项目为了了解人类疾病带来的东西，或者会带来什么样的启发？ 这个问题的答案至今已经明确:人类基因组计划不仅有力地推动了生物医学研究的迅速发展，也开辟了科学探索的新途径。

作为第一个大规模生物学项目，人类基因组计划为之后的许多团队合作研究项目铺平了道路。 仅nhgri就从2000年开始了25个以上的项目。 这给生物医学研究带来了新的挑战:如来自不同国家和学科的不同团队合作，要求共享和拆解大数据集。

现在的年轻学者很容易忽视这样一个事实，即很多他们努力克服的问题是25年前他们的前辈从未考虑过的。 同样容易被忽视的是，人类基因组计划至今仍在启发对这些大规模科学项目的探索。 事实上，基于今天这些团队合作的科学研究之所以成功，被认为是基于人类基因组计划的6个重要经验。

6个经验

同心协力

人类基因组计划由研究者独自探索，打破少数科学问题寻求答案的结构是必然的。 同样，并不违背“假说推动研究”的规则，重点是发现能够启发大量后续研究的基础新闻。

人类基因组计划聚集了来自多个国家、具有多学科背景和不同经历的2000多名研究者，他们分成几个小组，由不同基金会支持。 这个项目的成功源于投资者强有力的领导、对这项工作重要性的共识、研究者为了共同利益放弃个人成果的意愿。

基于大量团队合作的基因组学项目在继续。 这包括对人类基因组中序列差异进行分类的“千人基因组项目”( the 1000 genomes project )。 鉴定致癌突变的“癌症基因组图谱项目”( cancer genome atlas )； 然后，在其他技术中加入基因组测序技术，研究微生物群落的“人类微生物群计划”( human microbiome project )。

对于基于团队协作的科学研究来说，常见的障碍是参与者不愿意接受新成员。 但是，经过许多努力，更多的人认识到积累数据和资源对所有人都是有益的，这一条规则最终崩溃了。

例如，直到最近，非洲遗传学家和基因组学家与欧美科学家的合作最频繁，与其他非洲研究者的合作很少。 《非洲人类遗传与健康新方案》( human heredity and health in africa，h3africa )旨在加强非洲基因组学的研究。 其重要目标之一是培养建立非洲本土的交流合作。 美国国立健康研究所( nih )和英国维康信托基金( britain's wellcome trust )为24个国家的29次合作提供了支持。 这些数字还在增加。 h3abionet是一个旨在促进全非洲共享专业信息、基础设施和工具的生物新闻网平台，目前包括15个国家的32个研究小组。

最大化数据共享

人类基因组计划改变了生物医学研究中数据共享的旧例。 在大量基因组图谱定位和测序数据开始生成之后，人们越来越要求建立能够缩短从生成到发表时间的政策。 1996年，百慕大几乎( bermuda principles )的实施为这一努力画上了句号。 人类基因组计划主要团队的负责人同意在序列生成后的全天候内，将达到一定规模的基因组序列整合提交到共同的数据库。

在那之后的几年间，促进数据共享的事业持续着。 2003年，《劳德代尔协定》( fort lauderdale agreement )对百慕大进行了宣传，但2008年，nih将这一数据共享扩展到了全基因组相关研究。 全基因组关联研究是指组织数百人，分析常见的基因组变异，从中找出与感兴趣的性状相关的变异。 年，全面的“基因组数据共享政策”( genomic data sharing policy )开始实施，要求必须共享在nih基金资助下获得或分解的基因组数据的几乎所有数据。

数据的广泛共享也带来了新的挑战。 其中包括分析和移动大量数据时的计算和物流难点，另外，以人类数据(特别是基因组和临床数据)为例，如何保护研究中的受试者的隐私也是问题之一。 人们正在探索许多新的方案来处理这类问题。

对稳定可靠、强大的计算平台的诉求，迅速增加了云计算在生物医学研究中的应用。 也有人提议利用新资源，例如建立“公共数据”系统( data commons )以保存公开的数据和未发表的数据。 国际基因组与健康联盟( Globalal Liance Forge Nomic Sand Health )是于年成立的国际联盟组织，是国际“基因组与健康相关数据责任共享框架”( Frame WorkForresponsible Shariis )。

1994年:早期dna测序研究所

有计划地分解数据

人类基因组计划的计划有缺陷。 当时，数据观察从计划一开始就没有得到足够的重视。 最初的体类基因组数据是通过零化整地建立的。 为了得到各染色体上的相邻序列，需要用计算机将数千个单独整合的序列片段(每个长度约100-300千个碱基对)连接在一起。 这种解决计算的诉求(实际上也是技术难题)在人类基因组计划的后期越来越明显。 由于生物新闻团队的艰苦努力，这个任务花了几个月完成。 在计划阶段下功夫的话，完成这些事业就会变得容易。

近年来，一点基因组学计划，如千人基因组计划和肿瘤基因组图谱计划，展示了早期制定计划如何影响数据生成的战略。 由于近期美国的精密医疗计划( us precision medicine initiative )预计将获得非常多的数据，因此从电子健康文件和基因组中提取环境监测和可穿戴传感器等

优先技术的迅速发展

1990年10月，人类基因组计划的成员们清醒地认识到，必须将基因组序列分析和图像制作的工具和方法作为更大的项目进行开发。 事实上，这个项目产生了无数重要的遗传学技术，引起了之后分子生物学、化学、物理学、机器人技术和计算科学的改革创新，使工具和技术手段的采用战略更具创造性。 在一些案例序列中，人们通过整合一些渐进的改善，取得了革命性的进步。 例如，毛细管dna测序仪最终用于生成第一个体类基因组图谱。

对技术改革创新的重视在今天的大规模项目中也同样重要。 这位领导者是美国脑科学研究所，推进创新神经科学技术行为( advancinginnovative Neuro technologies initiative )的目标是从根本上改变我们对人脑的认识。 该程序致力于迅速发展能够鉴定下一代大脑中所有细胞类型的工具，同时建立它们连接的图像，记录各种功能和行为相应的神经电路信号。

跟踪进展带来的社会影响

人类基因组计划的发起人认识到，从人类基因组测序和图像建立过程中获得的新闻可能会对社会产生巨大的影响。 因为这个项目成为了第一个致力于研究更广泛的社会问题，如保护个人隐私和不歧视等的大型研究项目。 在nih为人类基因组计划提供的经费中，5%被分配给了研究伦理、法律、社会意义( elsi )问题的分支项目。 这是历史上对生物伦理学研究的最大投资。

目前，许多前沿研究都存在社会和伦理学隐患。 引人注目的例子包括使用crispr/cas9基因编辑工具改变人类和其他物种的基因组，以及迅速设计临床试验以迅速研究传染病爆发时可行的治疗方法。 遗憾的是，以很多团队合作为基础的项目不像人类基因组计划那样包含专门的生物伦理研究项目。 我们认为，在新的大计划启动之际，关于伦理及其对社会的影响的研究也应该是其中的重要组成部分之一。

到了2006年，dna测序对人力的指控大幅减少

大胆灵活

人类基因组计划的目标相当大胆。 由于不知道人类基因组的分析和解析会有什么结果，也有人怀疑地看待这项事业。

我相信人类基因组计划成功的关键是科学的领导者们要时刻保持开放的心态，定期暂停和判断项目。 人类基因组计划的前五年计划分别于1993年和1998年进行了修正和更新，其各项也定期进行了更新。

如果基于任务整体确定的基础、质量标准、评价体系，目标大胆、规模大的项目有可能成功。 另外，需要对计划的重复进行调整和更新。 最终目的明确后再开始，有失去机会的风险，大多只有研究者工作后才会出现。 这已经成为许多大型计划的规范，包括brain和精确的医疗计划项目。

有规律的颠复者

无论20世纪90年代初nih是人类基因组计划的领导层(詹姆斯·d·沃森和弗朗西斯·e·柯林斯)，还是这个项目的第一线(弗朗西斯·d·柯林斯)，我们中人类基因组计划的第一收获都是新的科学研究模式

在目前的研究生生涯中，他们可能会目睹或亲自参与，以揭示数千种疾病的分子机制、癌症诊断和治疗的革命、微生物组学的成熟、干细胞治疗的常规化应用、以及其他惊人的生物医学成果。

人类基因组计划的故事是一个宝贵的备忘录，它提醒我们这个项目的成果从根本上引起了研究方法的变革，也提醒我们接受和欢迎这些变革是多么重要。 (执笔文: Eric d.greenjamesd.watsonfrancisss.Collins翻译:陈晓青审学校:董子晨曦)

来源：成都新闻网