生物信息學(xué)將(jiāng)引導以診治爲主的現代醫學(xué)過(guò)渡到以健康保障爲主的精準醫學(xué)階段
陳潤生是我國(guó)最早從事(shì)理論生物學(xué)、生物信息學(xué)以及非編碼RNA研究的科研人員之一，曾參加我國(guó)第一個完整基因組泉生熱袍菌B4基因組序列的組裝和基因标識，參加人類基因組“1%項目”和水稻基因組工作草圖的研究，構建了國(guó)際上在非編碼RNA領域有重要影響力的兩(liǎng)個數據庫，是國(guó)内講授《生物信息學(xué)》第一人，曾獲中國(guó)生物信息學(xué)學(xué)會（籌）頒發(fā)的首屆中國(guó)生物信息學(xué)終身成(chéng)就獎。
他在接受《瞭望》新聞周刊專訪時表示，生物信息學(xué)在中國(guó)蓬勃發(fā)展，已經(jīng)産生了大量重要研究成(chéng)果，其在生物醫藥等領域的引領作用日益凸顯。随著(zhe)大數據的發(fā)展，生物信息學(xué)研究還(hái)將(jiāng)爲醫療的精準化發(fā)展和人類健康作出貢獻。
破譯人類遺傳基因密碼催生新學(xué)科
《瞭望》：人類基因組計劃被(bèi)譽爲生命科學(xué)領域的“登月計劃”。爲什麼(me)要啓動這(zhè)項計劃？
陳潤生：人類基因組計劃1990年正式啓動，其實質，是要破譯人類遺傳基因密碼，即將(jiāng)人體細胞DNA的約30億個堿基對(duì)（遺傳密碼）的排列組合進(jìn)行測序，拼成(chéng)一張完整的人類基因組圖譜，研究人類的生長(cháng)發(fā)育及疾病的診斷、治療和預防。
1999年9月，中國(guó)成(chéng)爲繼美、英、日、法、德外，第六個參與該計劃的國(guó)家。中國(guó)在人類基因組計劃中負責測定和分析3号染色體短臂上從端粒到标記D3S3610間大約30厘摩爾(相當于3000萬個核苷酸)的區域，因此被(bèi)稱爲人類基因組計劃“1%項目”。2001年8月，中國(guó)科學(xué)家提前兩(liǎng)年高質量完成(chéng)了“1%項目”的基因序列圖譜。
《瞭望》：什麼(me)是生物信息學(xué)？爲什麼(me)說沒(méi)有基因組研究就沒(méi)有生物信息學(xué)？
陳潤生：生物信息學(xué)是伴随著(zhe)人類基因組計劃實施而産生的一門新學(xué)科。
人類基因組由約30億個堿基對(duì)組成(chéng)。科學(xué)家們先要把它切割成(chéng)上千萬個小段，每個小段測序完成(chéng)後(hòu)，使用專門編寫的程序在大型計算機上運算，再把它們重新拼接組裝起(qǐ)來，過(guò)程十分複雜，爲此需要建立一個新的學(xué)科。另外，過(guò)程中産生的大數據如何存儲、整理、加工，如何提供給大家使用，這(zhè)些問題也需要解決。更重要的是要分析基因組大數據，挖掘出與人類生長(cháng)、發(fā)育及疾病相關的知識，這(zhè)就産生了生物信息學(xué)。
可以說，生物信息學(xué)是一門整合數學(xué)、物理、計算機和生命科學(xué)、醫學(xué)、藥學(xué)等學(xué)科的新興交叉學(xué)科，是與人類基因組研究綁定的、爲破譯人類遺傳密碼服務的。科學(xué)家通過(guò)對(duì)基因組信息的獲取、處理、加工、分布、分析和解釋，就能(néng)夠從分子水平上了解人的生長(cháng)發(fā)育、疾病發(fā)生情況，這(zhè)是人類生物研究領域的進(jìn)步，它使得整個生物醫學(xué)進(jìn)入了大數據時代。
生物信息學(xué)促進(jìn)醫療體系範式變革
《瞭望》：我國(guó)生物信息學(xué)研究取得了哪些重大成(chéng)果？
陳潤生：生物信息學(xué)在我國(guó)起(qǐ)步于上世紀80年代末，此後(hòu)獲得了快速發(fā)展。我國(guó)科學(xué)家在完成(chéng)人類基因組計劃“1%項目”後(hòu)，又開(kāi)展了針對(duì)植物、動物、微生物等的基因測序研究，完成(chéng)了“千人基因組計劃”等工作。我國(guó)的基因組測序數量，也是世界上最大的。
經(jīng)過(guò)40年發(fā)展，基因組研究已“繁衍”到生物醫學(xué)的各個方面(miàn)，隻要是分子水平，都(dōu)離不開(kāi)基因組，核酸疫苗、核酸藥物的研發(fā)，都(dōu)是基于基因組研究的結果。更重要的是，它會引導以診斷治療爲主的現代醫學(xué)過(guò)渡到以健康保障爲主的精準醫學(xué)階段。
《瞭望》：爲什麼(me)說生物信息學(xué)將(jiāng)促進(jìn)醫療體系範式的變革？
陳潤生：現在的醫療模式以治療爲主，這(zhè)種(zhǒng)模式是爲病人服務的。而利用生物信息學(xué)手段，可以通過(guò)解析遺傳基因大數據，提前了解人體疾病的危險因素，并加以預防、幹涉；也可以對(duì)人從出生到死亡的全生命周期進(jìn)行監控，以保證人體健康。
因此，在大數據驅動下，人類社會的健康模式，就從現在的診療模式轉變成(chéng)全民、全時程的預防保障模式。與醫療相關的法律法規、藥品管理、社會保健制度等都(dōu)會發(fā)生相應變化，這(zhè)相當于完成(chéng)了一個醫療體系範式變革，也爲精準醫療奠定了基礎。
精準醫療面(miàn)臨挑戰
《瞭望》：現今，精準醫學(xué)研究已成(chéng)爲國(guó)家之間新一輪科技競争和引領國(guó)際發(fā)展潮流的戰略制高點。它的核心是什麼(me)？
陳潤生：自2015年時任美國(guó)總統奧巴馬首次在年度國(guó)情咨文裡(lǐ)提出“精準醫學(xué)”概念以來，世界各國(guó)開(kāi)始追逐相關概念和産業。精準醫療和精準醫學(xué)指向(xiàng)是一緻的，都(dōu)是指整個醫療體系，要從診斷、治療過(guò)渡到健康保障，從醫院、醫生診療爲主的模式過(guò)渡到健康保障、健康評估和健康幹預爲主的模式。醫療體系將(jiāng)面(miàn)對(duì)全民，可以對(duì)任何人做出健康決策，這(zhè)也是精準醫療帶來的變化。而它的核心，就是組學(xué)大數據和醫學(xué)的結合。
《瞭望》：精準醫療的發(fā)展需要哪些基礎條件？
陳潤生：精準醫療主要指精準診斷、精準用藥、精準治療。而“精準”的基礎首先就是組學(xué)大數據。
人的遺傳密碼作爲一個組學(xué)，就有了基因組，通過(guò)測序還(hái)有蛋白組、轉錄組、表觀組、空間組等一系列的“組”，一個基因組帶來的是組學(xué)大數據——生命活動的不同層次都(dōu)變成(chéng)可測的，這(zhè)也帶來了不同層次的信息，組學(xué)大數據就出現了。當這(zhè)些新知識與醫生原有的知識融合，醫生就會做出更準确的判斷。
其次，随著(zhe)組學(xué)大數據的出現，還(hái)需要具備一個數據時代的科學(xué)思維，就是把分子基礎的變化和當前的影像學(xué)、生化學(xué)結合起(qǐ)來，因爲精準醫學(xué)是建立在現代臨床基礎上的。比如把原來不作爲大數據的數據也變成(chéng)了大數據，像電子病曆、帶有監測人體生命指标的可穿戴設備提供的數據、生理生化指标、影像學(xué)、病人的動态數據等個體數據加以收集整理，提取這(zhè)些複雜、多尺度、多變量、高度異質化的數據進(jìn)行分析，找出其中規律性的問題。還(hái)需要發(fā)展一系列生物醫學(xué)信息解讀的技術、方法。有了這(zhè)些基礎，組學(xué)大數據才能(néng)應用到診療中來，并與影像學(xué)、檢驗學(xué)以及醫生的臨床診斷實踐等相結合，更大程度提高診療的精準性。
進(jìn)入大數據時代，不僅是把組學(xué)大數據這(zhè)份過(guò)去沒(méi)有的信息提供給生物醫學(xué)工作者，還(hái)要把過(guò)去孤立的個體數據都(dōu)變成(chéng)可共同分析的相關大數據。這(zhè)就給出了一個在人類基因組研究沒(méi)有出現之前所不能(néng)得到的、橫向(xiàng)縱向(xiàng)都(dōu)存在的大數據集合。分析破譯這(zhè)些生物大數據背後(hòu)隐藏的生命密碼，就會使得精準醫療逐步從理想變成(chéng)現實。
《瞭望》：目前精準醫療的發(fā)展面(miàn)臨哪些困難和挑戰？
陳潤生：用精準醫學(xué)的核心來衡量，我國(guó)離達到精準醫療的目标還(hái)有差距。從研究層面(miàn)看，最大挑戰就是基因組當中的“暗信息”。
人類遺傳密碼是可測的，但是目前人類能(néng)夠真正破譯，能(néng)夠從根本上、規律上讀懂的這(zhè)部分遺傳密碼不超過(guò)人類基因組總量的3%，而精準醫療的起(qǐ)步點就是分析和應用這(zhè)3%。剩餘97%的遺傳密碼，其生物學(xué)作用現在還(hái)隻是部分掌握、部分了解，破譯分析這(zhè)些“暗信息”，過(guò)程將(jiāng)非常緩慢，但非常關鍵。
第二個挑戰來自生物大數據。我國(guó)的數據源很大，但從樣(yàng)本源來講，要做某一個相關疾病的研究，得到特定樣(yàng)品很難。比如說要研究肺癌，收集肺癌樣(yàng)本就十分不易。像腫瘤、心腦血管病，都(dōu)是多基因病，它的自變量是成(chéng)百上千的，要得到這(zhè)個量級的樣(yàng)本進(jìn)行專項研究，作爲研究組很難辦到。
同一種(zhǒng)疾病，發(fā)生的微觀情況也不同。比如同樣(yàng)是肺癌病人，病竈分布位點不同、數量不同，變化也不相同。那麼(me)，相同的疾病，什麼(me)是共同的分子基礎，什麼(me)是個體差異，這(zhè)個需要在新的組學(xué)意義上定義。這(zhè)是第三個挑戰。
另外，影響某一種(zhǒng)疾病發(fā)生的不僅僅是每一個基因的變化，還(hái)有基因間的相互作用。所以，還(hái)要考慮各個遺傳基因密碼的相互作用。就是說，一個活的生命體，它所具有的包括信号傳導、大分子相互作用、調控等這(zhè)些複雜網絡，都(dōu)是動态的、有向(xiàng)的。而一個動态、有向(xiàng)組成(chéng)的非線性網絡是複雜的，如何解析，同樣(yàng)是高難度的挑戰。
《瞭望》：這(zhè)是否也意味著(zhe)重大創新機遇？
陳潤生：是的。在人類基因組研究中，科學(xué)家隻破譯了3%的遺傳密碼，這(zhè)對(duì)“精準”而言是不夠的，但從僅僅破譯的3%遺傳密碼已爲生命科學(xué)帶來的無數新發(fā)現、爲生物醫學(xué)帶來的巨大發(fā)展的角度講，破譯97%的非編碼序列更具挑戰性，也意味著(zhe)更多機遇。
如今，對(duì)非編碼RNA的研究已成(chéng)爲國(guó)際科學(xué)研究領域的熱點。在基因組的研究、測量、分析方面(miàn)，我國(guó)與歐美等國(guó)家和地區處在同一方陣。在非編碼遺傳基因研究方面(miàn)，我們與國(guó)外科學(xué)家也是各有優勢、同時進(jìn)步的，有些方面(miàn)我們還(hái)走在前面(miàn)。
我在國(guó)内最早開(kāi)展非編碼研究，就是基于“人的基因組不可能(néng)隻用3%的遺傳密碼造蛋白、而其他序列沒(méi)有用”這(zhè)個樸素的邏輯判斷。早在1993年，我就把研究團隊全部轉向(xiàng)97%的非編碼研究上來，這(zhè)也推動了國(guó)内的非編碼研究。我們構建的收錄非編碼RNA及其基因的數據庫NONCODE，以及收錄非編碼RNA與其他生物大分子相互作用的數據庫NPInter，已成(chéng)爲國(guó)際在非編碼RNA領域非常有影響力的數據庫。
《瞭望》：我國(guó)在精準醫學(xué)發(fā)展中應注意哪些問題？
陳潤生：首先共享好(hǎo)大數據、大樣(yàng)本。
現在各個地方、各家醫院、各醫學(xué)院校都(dōu)存在大量生物醫學(xué)數據，怎樣(yàng)才能(néng)在國(guó)家層面(miàn)上實現數據共享，是科學(xué)、技術問題，也是管理問題。
從數據層面(miàn)上講，要進(jìn)行數據的挖掘分析，首先要有大數據，這(zhè)就需要一個集中管理數據的體制機制，需要完善各地區、各醫療單位提供的數據共享的機制。
其次是知識産權問題。這(zhè)是數據共享、交流中更深層次的問題。應從國(guó)家戰略高度統籌部署，并制定和大數據相關的政策法規，解決大數據管理、共享等方面(miàn)問題。
目前，伴随著(zhe)基因組學(xué)發(fā)展而發(fā)展的生物信息學(xué)，已走過(guò)了“測序基因組階段”，正步入功能(néng)基因組和整合基因組階段（又稱“系統生物學(xué)階段”）。這(zhè)也說明，生物信息學(xué)的内涵更豐富，工具更多樣(yàng)化，未來用途也會越來越廣泛。僅從民生角度看，它的發(fā)展，就帶動了生物醫學(xué)和生物醫藥産業的發(fā)展，比如核酸疫苗、核酸藥物的研發(fā)。随著(zhe)生物經(jīng)濟的發(fā)展，生物醫藥産業有望駛入發(fā)展快車道(dào)，也必將(jiāng)對(duì)人類健康作出更多貢獻。
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