作者：Eliza Strickland
进行基因组测序可以让你了解什么？如果你和我一样是一个相对健康的人，答案是，没多少……至少现在还不行。我为了我最近的文章《基因机器和我》而踏上了基因组测序的旅程。这篇文章关注的是即将实现的、花费 1000 美元就能完成全人类基因组扫描的测序技术，为了让故事更加生动，我决定亲自体验这个过程。我把我的 DNA 送到了最热门的新型测序仪——Ion Proton——进行了测序，并由休斯顿贝勒医学院的基因组测序顶尖专家团队进行了分析。过去十年，贝勒团队一直深度参与着基因组测序领域最重要的进步。他们的成就既展现了技术惊人的快速发展，也揭示了我们还有多长的路要走。以下是概要：五个基因组的故事。
基因组 #1：一个大杂烩
2003 年 4 月，由联邦资助的人类基因组计划完成了第一个完整的人类基因组。这个任务耗费了大约 13 年的时间和 30 亿美元，集结了大量的研究人员，但最终研究人员获得了大约 30 亿个核苷酸的序列，也就是人类的完整遗传密码。人类基因组计划构建的基因组是一个“共识基因组”，是通过结合少数几个人的遗传物质而成的。通过平均化这些基因组之间的差异，研究人员得出了他们对健康、功能正常的人的近似定义。这是一项巨大的成就。三年前，也就是 2000 年，比尔·克林顿总统宣布人类基因组的“粗略草图”完成，并称其为“人类有史以来创造的最重要、最神奇的地图”。
基因组 #2：詹姆斯·沃森
人类基因组计划完成后，研究人员渴望开始对个体人类进行基因组测序，并研究定义每个人独特特征和怪癖的遗传变异。如果每个基因组的测序成本仍然是 30 亿美元，那么这种实验根本无法进行。但在 2007 年，454 生命科学公司（454 Life Sciences）邀请了遗传学先驱、1953 年帮助发现 DNA 双螺旋结构的詹姆斯·沃森，让他成为第一位使用该公司新机器进行基因组测序的个人。该机器将成本降至每个基因组约 150 万美元。贝勒团队负责进行分析。测序完成后，沃森飞往休斯顿。（另一位遗传学先驱克雷格·文特也在同一时间对自己的个人基因组进行测序，但贝勒团队表示沃森的先完成。）沃森从贝勒研究员兼医生詹姆斯·卢普斯基（一位杰出的遗传学家）那里收到了他的结果。“我必须说，‘好吧，吉姆，我们不知道你的 DNA 到底是什么意思，因为你是第一个被测序的人，’”卢普斯基笑着回忆道。卢普斯基为了幽默效果稍微夸张了，但事实是，医学研究对沃森并没有太多信息可以提供。
基因组 #3：詹姆斯·卢普斯基
贝勒研究人员决定，基因组医学的下一步是测序一个不完全健康的人。他们选择了他们自己的詹姆斯·卢普斯基作为研究对象，他患有一种遗传性神经系统疾病，称为夏科-马利-图斯病。多种突变都可能导致这种疾病，卢普斯基想知道全基因组扫描是否能找出导致他家问题的特定突变。“仍然存在一个问题，我们是否能找到对医疗管理重要的事情？”卢普斯基告诉我。“信号是否高于噪声？”他解释说，噪声是每个人体内存在的数千种遗传变异，因为“每个人都是独一无二的”。他的基因组扫描于 2010 年完成，确实发现了导致卢普斯基疾病的突变。但这些知识对他接受的医疗治疗有何影响吗？没有，他承认。尽管如此，找到他疾病的原因还是“非常令人欣慰的”，卢普斯基说。此外，发现卢普斯基家族的突变，一种以前未与 CMT 病相关的遗传变异，可能会为医学研究开辟新方向，并有可能在未来导致治疗这种疾病的新方法。
基因组 #4：贝里双胞胎
治疗正是贝勒研究人员接下来关注的重点。该团队在基因组医学领域取得了早期胜利，对象是患有类似瘫痪运动障碍的 14 岁贝里双胞胎。2011 年，全基因组测序不仅揭示了负责的遗传变异，还揭示了受影响的神经递质，并提出了一种新的药物治疗方案，该方案非常有效地控制了双胞胎的症状。对研究人员而言，这个案例是一个开创性的例子，说明了遗传学不仅可以提供更精确的诊断，而且在最佳情况下，还可以让医生根据患者情况量身定制治疗方案。尽管如此，这对双胞胎的结果是特殊的。贝勒最近开设了一家商业实验室，为那些正在经历“诊断之旅”的患者提供基因测序，这意味着他们患有神秘症状，经过一次又一次的检查仍未找出病因。然而，贝勒实验室的诊断成功率仅约为 30%，而且找到能带来更好治疗方案的结果更是难上加难。
基因组 #5：你的记者
然后，到了 2012 年，我出现了。我是一名 33 岁的相对健康的人，没有已知的遗传性疾病。我想对我的基因组进行测序和分析，看看医生是否能预测我的医疗未来：他们能否发现我患癌症或阿尔茨海默病和帕金森病等成人发作疾病的易感性？他们能否识别我的遗传薄弱点，并为我提供筛查方案或生活方式的改变建议，以帮助我保持健康？我能否一窥基因组扫描将成为常规医疗护理一部分的未来？花费 7000 美元——仅是六年前 150 万美元成本的一小部分——贝勒研究人员通过测序仪对我的 DNA 的编码部分进行了测序。他们将生成的数据通过一个软件程序进行分析，该程序识别出有趣的遗传变异，然后由专家团队在医学文献中查找这些变异。他们最终出具了一份六页的报告，列出了许多可能的、令人担忧的命运：我在与心脏病、肾衰竭和帕金森病等疾病相关的基因中存在变异（换句话说，突变）。但我的这些特定基因变异尚未被证实会引起任何症状或问题。我患上这些疾病的可能性并不确定。医生告诉我，要结合我的家族病史来解读这些结果。我告诉他们，我的家族中没有帕金森病史，但有严重的心脏病和肾脏病史。而这正是我成为当前基因医学现状的一个很好的例证：我可以将我的遗传发现视为警示信号，随着我人生经历的推进，我可以警惕心脏或肾脏问题的症状。在第一个人类基因组完成十年后，基因组扫描仍然无法为大多数人提供关于其医疗未来的确定性预测。但随着人们对疾病的遗传易感性了解得越来越多，这些报告将变得越来越有用。如果基因组医学的进步能以过去十年我们所见过的惊人速度继续下去，那么基因组扫描可能只需要再过十年就能出现在医生的办公室里。Eliza Strickland 是技术杂志 IEEE Spectrum 的编辑。
。她最近的生物医学报道涵盖了 外骨骼、仿生眼，以及 IBM Watson 作为肿瘤学家的下一个职业生涯 。
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