基因科技精准出击

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精确医学不是美国人今年刚刚提出的一个术语。这是国家研究委员会在2011年首次提出的。此前，人们已经提出了“4p医疗模式”，即预测、预防、参与和个体化医疗，而精准已经成为第五个p

它结合了数字医学和大数据，有时被称为个性化医学。虽然两者之间的差异在某些领域可以忽略不计，但精确医学强调分子水平的信息。其出发点是个体的遗传组成、环境、生活方式等具体信息，这些信息不仅可以预测个体未来的健康状况，还可以显示个体对治疗选择的反应。

20世纪80年代中期，遗传学家罗登来到美国范德比尔特大学。他一直在思考这样一个问题:为什么病人的身体对药物治疗有不同的反应？如何利用个性化信息做出最佳医疗决策？

大约30年来，罗登和他的团队一直在研究如何将患者的基因信息与电子病历结合起来，帮助患者预测药物治疗的效果。然而，最重要的是遗传特征。罗登说，个性化医疗不仅仅是你的遗传密码，它涉及所有因素，使你有一个独特的健康体验。

今年早些时候，美国总统巴拉克·奥巴马将罗登的问题纳入了一项庞大的预算计划。他在国情咨文中说:“我希望这个消灭了脊髓灰质炎并绘制了人类基因图谱的国家将引领医学的新时代，并在正确的时间给予正确的治疗。”“今晚，我想发起一个新的‘精确医学倡议’，它将使我们朝着治愈癌症和糖尿病等疾病的目标迈出一步，并使我们能够获得保持自己和家人健康所需的个性化信息。”

这听起来像是一个历史性的时刻。在20世纪60年代的一次著名演讲中，美国前总统肯尼迪曾经说过:我们决定登陆月球。不是因为它们简单，而是因为它们困难。犹他大学亨茨曼癌症研究所主任玛丽·贝克尔说，基因测序是精确医学项目的一个重要组成部分，它是一种将人类引向月球的月球探测器。贝克尔认为，实现医学突破需要远见卓识的领导、勇气和打破人类知识限制的意愿。对于某些癌症的预防和早期检测，我们的医疗工具箱中实际上有现成的工具。停止的原因是什么？

奥巴马愿景的“两步走”

1953年4月的一天，克里克和沃森发表了一篇论文。他们在前人工作的基础上发现了脱氧核糖核酸的双螺旋结构，并首次发现了生物是如何继承和储存生物信息的。60多年后的今天，他们的发现产生了革命性的影响。

想象一下，当一个人被诊断出患有良性肿瘤后，他将获得可以挽救他生命的负担得起的精确治疗，而化疗花费数千美元却收效甚微。如今，只需要一小瓶母亲的血液，而dna测序技术可以帮助筛查胎儿疾病，如唐氏综合症和其他健康状况。

背后是对基因世界的解构和精确医学的“攻击”。事实上，精确医学并不是美国人今年才提出的一个术语。这是国家研究委员会在2011年首次提出的。此前，人们已经提出了“4p医疗模式”，即预测、预防、参与和个体化医疗，而精准已经成为第五个p

它结合了数字医学和大数据，有时被称为个性化医学。虽然两者之间的差异在某些领域可以忽略不计，但精确医学强调分子水平的信息。其出发点是个体的遗传组成、环境、生活方式等具体信息，这些信息不仅可以预测个体未来的健康状况，还可以显示个体对治疗选择的反应。

根据奥巴马政府的计划，美国将从2016年预算中拨款2.15亿美元用于精密医疗项目。其中，1.3亿美元将拨给国立卫生研究院；7000万美元将流入国立卫生研究院下属的国立癌症研究所；将向美国食品和药物管理局提供1000万美元，以建立项目数据库的监督机制；剩余的资金将交给国家卫生信息技术协调办公室，以确保数据共享不会侵犯个人隐私。

市场研究公司Kalorama认为，这一预算的目的是承诺加快生物医学发现，为临床医生提供新的工具、知识，并为患者选择最佳治疗方案。它们将通过人体组织诊断和细胞诊断来实现。其中，人体组织诊断包括原位杂交和免疫组织化学，以及确定药物疗效和疾病进展的重要测试。

美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯(Francis Collins)最近表示，实现这一“精确医学”计划的第一步是找到一种有效整合研究中收集的各种混合数据的方法。

早在2003年，柯林斯就成功领导了一个国际团队，开始对第一个人类基因组进行测序。一年后，他开始对美国公民进行大规模的基因研究，但当时费用极其昂贵。随着数百万人基因测序和电子健康记录成本的快速下降，以及网络和计算机计算的加速，这一愿景将很快成为现实。

精确医学的第二个主要部分是癌症计划，它将创建一个全国性的“癌症知识网络”来指导新的治疗方法。公众一致认为，现在是建立一个基于精确医学的新的国家癌症计划的好时机。目前，在先进的癌症中心，患有乳腺癌、肺癌、结肠直肠癌、黑色素瘤和白血病的患者正在接受常规的分子检测。

所有的失败都不便宜

查尔斯·索耶斯是诺贝尔医学奖的热门候选人，他是斯隆凯特琳纪念医院癌症中心人类肿瘤和发病机制项目的主任。他相信这个计划不仅会扩大人类基因组测序，还会有助于开发更多的药物。

像历史上的许多政策一样，奥巴马的政策将与之前的医疗保健法案相比较。维塔利斯普林科技公司的首席执行官波塔拉祖写道，为了从基因层面发现疾病，医生需要大量的数据。管理如此大量的信息将需要广泛的规划和协调，以及医学和信息技术领域的专业知识。奥巴马的医疗保健案例缺乏这三个因素。

他指出所有的失败都不便宜。到目前为止，政府已经花费了22亿美元来建设和修复该网站，因为该网站正在努力应对海量数据。同时，还有安全风险。一名黑客去年报告称，他从该网站获得了包括个人身份信息在内的7万份记录。“想象一下，这些威胁不仅包括姓名、地址和财务信息，还包括遗传密码。与隐私和健康相比，盗窃的威胁相形见绌。”

布达拉祖说:“精密医学被寄予了太多的希望，不能屈服于这种失败。”他为此提出了三点建议。首先，总统必须首先找到一个强有力的领导人，他应该能够协调各种机构。第二，领导人应该实施一项倡议计划，以确保其实施。第三，该计划不应该像奥巴马医改法案一样同时推出。相反，它应该作为一个小试点开始，并进一步扩大。这样，在存储成千上万美国人的基因和医疗信息之前，项目负责人可以确保这项技术是可靠和有效的。

大数据是这个计划中最大的问题。医学博士、基因组学科学家埃里克·托普(Eric Top)在他的一本书里写道:一旦所有影响人类健康的主要因素“进入计算机”，科学家产生新医学知识的速度将大大加快。今天的计算机每秒钟可以进行数万亿次计算。随着新系统数据的增加，很多知识可以很快学会。

这个新研究系统的许多项目可以在几个月内合并。例如，美国医疗保健提供商凯泽永久医疗机构的500，000名成员自愿将他们的电子健康记录和基因数据贡献给研究数据库。由外科医生苏珊·洛夫发起的妇女大军有超过375，000名妇女参加了乳腺癌研究。在美国退伍军人健康管理局的百万退伍军人计划中，350，000名退伍军人的信息已经被记录到电子遗传健康记录生物数据库样本中。这些案例表明，大量美国人支持奥巴马总统的新国家研究体系。它们也为如何大规模、高效和保护隐私地实施这些计划提供了重要的经验。

然而，在生物图书馆样本的覆盖范围方面仍有大量的空空白。例如，凯泽集团主要关注老年人(60岁以上)。因此，在儿童及其健康问题领域仍需努力；新的国家儿童健康知识体系和儿童健康研究中心可以帮助改进新体系。

同样，空的大部分调查数据表明，对残疾人和有特殊需要的人的医疗补贴和医疗保险是不够的。中国有250万人口，其中有6800例特殊疾病和少数民族，他们可以从国家数据计划中受益。在确定最重要的新数据类型和类别方面仍有许多工作要做，这也是新的国家研究系统的一部分。

“未来婴儿”实验

一些海外媒体评论说，这个计划是医学新时代的基础，因为它超越了基因的原始“生物库样本”，预见了一个“无所不包”的知识体系。计算机微积分数据库可以潜在地考虑任何影响个人健康的因素。这些因素可能包括更多的生理数据，如蛋白质组、环境、生活方式、患者主观信息、移动设备和传感器。

英特尔的联合创始人和董事长戈登·摩尔在20世纪60年代提出了一个宏大的愿景，这导致了20世纪80年代和90年代的个人电脑革命。摩尔认为集成电路板上的晶体管数量将每两年翻一番。在过去的十年里，dna测序的成本下降了摩尔定律的1000倍，从每个人类基因组1亿美元下降到只有1000美元。

这种降低成本的趋势正吸引着风投们的注意力。根据美国科技博客techcrunch的数据，2014年，由TechCrunch监控的基因技术公司的风险资本同比增长超过50%，达到6.87亿美元。鉴于本轮融资金额增长近300%，预计今年投资将继续保持强劲增长。数据显示，截至9日，今年该领域的风险投资总额已达1.43亿美元。

比尔和梅林达·盖茨基金会最近宣布，将向德国癌症疫苗开发商curevac投资5200万美元，这是其历史上最大的投资。该公司的技术基于核糖核酸，它可以将基因转化为蛋白质。

根据麻省理工学院科技评论，科学家们正在研究“明日宝贝”的dna编辑方法。哈佛医学院的乔治·丘奇在他迷宫般的实验室里，与研究人员一起将自然界中没有的遗传密码添加到大肠杆菌中，或者试图复活猛犸象。他和一位来自中国的博士后研究员共同创建了一个研究猪和牛基因的小公司。据报道，通过编辑生殖细胞或胚胎的dna，有可能消除致病基因并将修复的基因传给后代。这种技术也可以用来添加基因，从而提供终生抗感染、抗阿尔茨海默病甚至抗衰老的能力。

另一方面，当美国人登上月球时，第一个登上月球的宇航员尼尔·阿姆斯特朗说:“科学还没有征服预言。”我们对明年会发生什么预测太多，但我们预测未来10年会发生什么。”

如果国家卫生政策接受这一精确医学的倡议，许多因素，如生物医学、医学教育、诊断学、治疗方法、疗效比较研究、质量测量、支付制度、病人的作用、医疗和预防的人性化以及对外部世界、营养和文化的作用的理解将会带来巨大的变化。

精确基因技术问答

问:到目前为止，基因工程是如何工作的，它面临哪些障碍？

答:一般来说，基因技术现在被用作细菌载体。简单地说，就是将相关的基因片段植入生物体——例如，使胡萝卜产生维生素A的基因；将它植入一种细菌，通常是土壤杆菌，然后将这种细菌导入一种想要转化的生物体，如水稻。细菌起着运输作用，将胡萝卜dna片段植入水稻基因组。

这是一项成熟可靠的技术。困难在于使胡萝卜dna精确地达到预期的效果，这需要精确地植入到水稻基因组的正确位置，但是过去没有办法控制细菌的准确到达。这有点像编辑一本书，但方法是从另一本书里提取一段，然后随机粘贴到这本书里。你可能要重复这个过程很多次才能得到想要的结果。

问:发生了什么变化？

答:现在，新技术可以更精确地编辑dna，就像用文字处理软件编辑一本书一样。目前，最令人兴奋的技术之一是crispr-cas9。本质上，它是一种能在基因组中找到特定点并精确切割或植入dna块的分子。

Crispr-cas9技术不是发明出来的，而是在自然界中发现的，自然界是一种已经进化了数十亿年的微生物。一般来说，当一个生物体受到病毒攻击时，它会带走病毒的一部分dna，并将其植入自己的基因组。当它再次遇到病毒时，有机体能够记忆并反击。直到2013年，科学家们发现了crispr-cas9在自然界是如何工作的，并意识到它可以被用作基因技术的工具。因此，许多用途仍在探索之中。

Crispr-cas9并不是唯一让基因工程变得更加复杂的新技术。另一个例子是zfn。作为抗艾滋病病毒技术的基础，zfn的研究进展迅速，目前已进入临床试验的第二阶段。到目前为止，还不能保证crispr-cas9适合人类治疗。但是研究人员对它的易用性非常兴奋。

问:更复杂的基因工程的主要长期利益是什么？

我们可以看到农业将会受益匪浅。转基因作物可以更好地应对气候变化，并且占用更少的资源，如土地、淡水和肥料。农民不需要过分依赖广谱杀虫剂来喷洒作物。在理想的条件下，作物可以抵抗经过基因工程改良后最有可能造成危害的病原体，这将使病原体在激烈的反向竞争中变异。相关技术的应用也可以用来提高畜牧业的产量，尽管公众对转基因动物的敏感性可能会限制这种应用。

在人类疾病的治疗中，鉴于基因在大量疾病中的作用，精确的基因工程几乎有无限的可能性。精确的基因编辑创造了个性化医学的机会，可以根据我们自己独特的dna进行治疗。此外，我们不应忘记工业应用，隔离系统中的基因工程微生物可以创造一切，包括药物和生物燃料。