我們已迎來(lái)DNA時(shí)代

在過(guò)去的 2018 年，出現(xiàn)了一些基于 DNA 信息引人注目的新興技術(shù)，比如智商遺傳檢測(cè)、DNA 刑偵、新藥預(yù)測(cè)，并在這些領(lǐng)域取得了革命性的進(jìn)展。本文來(lái)自《麻省理工科技評(píng)論》生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域資深編輯Antonio Regalado在2019年開(kāi)年之際撰寫(xiě)的題為All the reasons 2018 was a breakout year for DNA data的專(zhuān)題文章，內(nèi)容略有增刪：

2003 年 4 月 15 日，由 6 國(guó)科學(xué)家共同參與的國(guó)際團(tuán)隊(duì)宣布完成人類(lèi)基因組圖譜。這個(gè)耗資 30 億美元，被譽(yù)為生命科學(xué) “登月計(jì)劃” 的研究項(xiàng)目，為人類(lèi)揭開(kāi)自身奧秘奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

人類(lèi)基因組圖譜的繪就，已經(jīng)成為人類(lèi)探索自身奧秘史上的一個(gè)重要里程碑，也被很多分析家認(rèn)為是生物技術(shù)世紀(jì)誕生的標(biāo)志。

然而誰(shuí)能想到，僅在十多年之后，隨著技術(shù)的發(fā)展和成熟，完成全基因組測(cè)序的成本已經(jīng)從當(dāng)年的 30 億美元，逐漸降低到數(shù)十萬(wàn)美元，數(shù)千美元甚至更低。市場(chǎng)上也出現(xiàn)了眾多面向大眾的消費(fèi)級(jí)基因檢測(cè)產(chǎn)品。

（來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論）

通過(guò)對(duì)個(gè)體的基因檢測(cè)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)罹患多種疾病的預(yù)測(cè)，病對(duì)個(gè)體的行為特征提供更加深刻的見(jiàn)解。除了大家熟知的無(wú)創(chuàng)產(chǎn)前基因檢測(cè)、新生兒遺傳疾病篩查等應(yīng)用之外，個(gè)體基因檢測(cè)還可以鎖定個(gè)人病變基因，實(shí)現(xiàn)提前預(yù)防和治療。

比如在個(gè)體基因檢測(cè)產(chǎn)品中，通過(guò)對(duì)個(gè)體樣本 DNA 數(shù)據(jù)的分析，能夠解讀出癌癥、代謝疾病、精神疾病等的風(fēng)險(xiǎn)，還能夠解讀出個(gè)體的藥物適應(yīng)性、運(yùn)動(dòng)天賦、酒量等信息。

隨著全世界數(shù)百萬(wàn)甚至上千萬(wàn)個(gè)體完成了個(gè)人基因組數(shù)據(jù)的解讀和分析，在過(guò)去的 2018 年，已經(jīng)出現(xiàn)了一些基于 DNA 信息更加引人注目的新興技術(shù)，比如智商遺傳檢測(cè)、DNA 刑偵、新藥預(yù)測(cè)，并在這些領(lǐng)域取得了革命性的進(jìn)展。

我們也已經(jīng)迎來(lái)一個(gè)由 DNA 數(shù)據(jù)所帶來(lái)的革命性時(shí)代。

DNA 大數(shù)據(jù)

經(jīng)過(guò)全世界政府和商業(yè)層面的努力，目前已有超過(guò) 2500 萬(wàn)人進(jìn)行了 DNA 檢測(cè)。而國(guó)家基因庫(kù)以及大型商業(yè)公司中這數(shù)以百萬(wàn)計(jì)的人類(lèi)基因數(shù)據(jù)，已經(jīng)能夠提供更多具有吸引人的 DNA 報(bào)告。

圖 | 商業(yè)公司想消費(fèi)者提供的 DNA 檢測(cè)試劑盒（來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論）

比如，世界上最大最知名的家譜網(wǎng)站公司 Ancestry 提供的 AncestryDNA 基因檢測(cè)服務(wù)，通過(guò)基因檢測(cè)來(lái)告訴消費(fèi)者他們的祖先來(lái)自哪里。

人類(lèi)基因組含有 30 億個(gè)堿基對(duì)，近十萬(wàn)個(gè)基因。而人類(lèi)的遺傳性狀都是由基因控制，相當(dāng)多的性狀異常也就表現(xiàn)為遺傳病。致病基因的分離一直是理解遺傳性疾病機(jī)理的關(guān)鍵，也為疾病診斷和預(yù)防帶來(lái)無(wú)窮潛力。

人類(lèi)基因組計(jì)劃之所以得到全球矚目，一定程度商是因?yàn)樗鴮?duì)這一意義非凡的目標(biāo)做出的承諾。但是為了更好地理解基因組數(shù)據(jù)，科學(xué)家們意識(shí)到需要一次性研究盡可能多的人類(lèi)。

發(fā)現(xiàn)和克隆基因的過(guò)程，被形象地成為基因狩獵。2018 年，幾次基因狩獵首次打破了百萬(wàn)記錄。這些基因狩獵包括找尋失眠和教育成功的基因根源。

毫無(wú)疑問(wèn)，一個(gè)人的教育程度部分取決于基因。例如，對(duì)同卵雙胞胎分開(kāi)的研究表明他們最終教育程度非常相似。然而，直到最近，科學(xué)家還沒(méi)有找到影響人類(lèi)行為的基因的工具。

（來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論）

2018 年 7 月 23 日，Nature Genetics 發(fā)表的一項(xiàng)有史以來(lái)規(guī)模最大關(guān)于人類(lèi)認(rèn)知的基因研究，揭示出 1000 多個(gè)基因與教育程度的關(guān)聯(lián)。這項(xiàng)由 40 個(gè)機(jī)構(gòu)研究人員完成的工作，涉及 110 萬(wàn)人的 DNA。通過(guò)建立的一個(gè)評(píng)分系統(tǒng)，可以通過(guò)檢查一個(gè)人的 DNA 粗略地預(yù)測(cè)某人受教育程度。

為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，研究者們利用了國(guó)家生物樣本庫(kù)，并且從著名的基因檢測(cè)公司 23andMe 獲得了幫助，這家公司的用戶(hù)也能夠參與到研究中來(lái)。

智商篩查和定制嬰兒

基因不僅會(huì)影響我們的外表，還決定了我們是怎樣一個(gè)人?，F(xiàn)在一些科學(xué)家提到，DNA 檢測(cè)可以讓我們做出合理推測(cè)——孩子未來(lái)會(huì)是怎樣的智商水平。

這或許也就是從今年開(kāi)始，人類(lèi)全基因組預(yù)測(cè)風(fēng)險(xiǎn)盛行的原因之一?；?DNA 的多基因評(píng)分可以判斷一個(gè)人得乳腺癌、上大學(xué)、甚至長(zhǎng)到進(jìn) NBA 所需身高的幾率。

雖然我們不能回答的問(wèn)題是我們真的應(yīng)該使用這一信息嗎？但在 2019 年，一些基因檢測(cè)公司，如 23andMe 和 Color Genomics 或許會(huì)推出商業(yè)化的基因預(yù)測(cè)服務(wù)。

這正像是科幻小說(shuō)改編的電影《千鈞一發(fā)》（Gattaca）中一樣，一個(gè)孩子是從培養(yǎng)皿中孕育而來(lái)的世界。目前，體外受精 (In Vitro Fertilization) 中心已經(jīng)可以做基因檢測(cè)，以避免后代患上嚴(yán)重疾病的風(fēng)險(xiǎn)。

（來(lái)源：麻省理工科技評(píng)論）

2017 年，《麻省理工科技評(píng)論》曾獨(dú)家報(bào)導(dǎo)過(guò)位于美國(guó)新澤西州的公司 Genomic Prediction。提到他們已經(jīng)準(zhǔn)備好做胚胎試驗(yàn)，來(lái)對(duì)胚胎未來(lái)的教育潛能進(jìn)行打分。

所以，CRISPR 基因編輯嬰兒已經(jīng)不是什么新奇事了，“定制嬰兒”已經(jīng)有了。

制藥公司等待的革命性工具

1977 年 1 月，由著名的弗雷明漢心臟研究領(lǐng)導(dǎo)的五項(xiàng)具有里程碑意義的健康調(diào)查，報(bào)告了一項(xiàng)關(guān)于高密度脂蛋白膽固醇（即 “好膽固醇” ）的 “驚人” 啟示。研究人員發(fā)現(xiàn)，人體血液中的高密度脂蛋白含量越高，心臟病發(fā)作的風(fēng)險(xiǎn)越小。

事實(shí)上，高密度脂蛋白膽固醇是 50 歲以上人群心臟病風(fēng)險(xiǎn)的唯一可靠預(yù)測(cè)因素。從那時(shí)起，人們認(rèn)為高密度脂蛋白膽固醇和心臟健康之間的關(guān)系非常強(qiáng)大，甚至很難想象高密度脂蛋白膽固醇在預(yù)防疾病過(guò)程中不起基本作用。這使得制藥公司花費(fèi)數(shù)十億美元開(kāi)發(fā)和測(cè)試升高高密度脂蛋白膽固醇的藥物，期望能夠預(yù)防心臟病發(fā)作，挽救生命，并收回投資。

然而，這些藥物普遍失敗了。正如 2016 年紐約時(shí)報(bào)的頭條所宣稱(chēng)的那樣，“膽固醇藥物對(duì)心臟健康沒(méi)有影響。”

問(wèn)題是：為什么？

一種可能性是，盡管有相反的跡象，高密度脂蛋白膽固醇在心臟病中沒(méi)有任何機(jī)制作用：簡(jiǎn)而言之，兩者沒(méi)有因果關(guān)系。也許高密度脂蛋白膽固醇不能保護(hù)我們免受心臟病發(fā)作，它只是一個(gè)良好的心臟健康的標(biāo)志。

果然印證了那句話(huà)：相關(guān)性不是因果關(guān)系?？梢哉f(shuō)，所有醫(yī)學(xué)和公共衛(wèi)生中最重要的問(wèn)題是如何判斷哪些相關(guān)性是因果關(guān)系，哪些不是。

如今，研究人員正在使用一種遺傳學(xué)新工具，可以讓他們確定慢性病的真正原因。研究人員表示，通過(guò)使用人與人之間天生的遺傳差異，例如，篩選哪些對(duì)動(dòng)脈中的膽固醇水平更高敏感性的患者，研究人員現(xiàn)在可以以更少的努力和費(fèi)用模仿那些必要的大型試驗(yàn)，就能確定降低高密度脂蛋白的藥物是否真的有益。

這種名為孟德?tīng)栯S機(jī)試驗(yàn)（Mendelian randomization）的新技術(shù)，已被制藥公司用于制定數(shù)十億美元的決定，以決定采用哪種藥物。

難以想象，你或許已經(jīng)是一個(gè)龐大的隨機(jī)試驗(yàn)的一部分。這是真的，至少一些遺傳學(xué)家認(rèn)為你是的。遺傳學(xué)分析使用人們的醫(yī)學(xué)信息，來(lái)預(yù)測(cè)什么新藥對(duì)其有效、什么新藥對(duì)其沒(méi)效。

DNA 偵查

2018 年 4 月，美國(guó)加州警方通過(guò) DNA 數(shù)據(jù)庫(kù)，在加州首府薩克拉門(mén)托附近的西特勒斯海茨市（Citrus Heights）逮捕了一名 72 歲退休警員 DeAngelo，指控他涉嫌在上世紀(jì)七八十年代犯下一系列***和謀殺案，并認(rèn)為他就是當(dāng)時(shí)轟動(dòng)一時(shí)的金州殺手 (Golden State Killer)，也被稱(chēng)為東區(qū)***犯 (East Area Rapist)。

圖 | 臭名昭著的金州殺手（來(lái)源：RANDY PENCH/TNS/NEWSCOM）

自 4 月份第一例懸案解決以來(lái)，美國(guó) DNA 刑偵的洪閘已打開(kāi)，多例 “懸案” 正在以一種創(chuàng)紀(jì)錄的速度被解決。一位遺傳系譜學(xué)家 CeCe Moore 表示，她從四月開(kāi)始，已經(jīng)找到了 27 位殺人犯和***犯。

在這些案件的破解過(guò)程中，調(diào)查人員可以將長(zhǎng)期未能結(jié)案的***謀殺案遺傳學(xué)證據(jù)，輸入可公開(kāi)訪(fǎng)問(wèn)的 DNA 數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后系譜學(xué)家可以用遺傳信息匹配遠(yuǎn)親以找到可能的嫌疑人，這種偵查結(jié)合了 DNA 數(shù)據(jù)、出生記錄和社交媒體資料。

獲得的 DNA 數(shù)據(jù)越多，越容易找到落下血液或毛發(fā)的人。這也是加利福尼亞州的殺人犯被抓獲時(shí)所得到的經(jīng)驗(yàn)。系譜學(xué)家們也給出預(yù)測(cè)，很快將可利用 DNA 數(shù)據(jù)庫(kù)解決數(shù)以百計(jì)的罪案。