十年之内,廉价便捷的下一代DNA读取技术将会到来。这一技术蕴藏着变革生物研究方式和引领迈入药物真正个人化时代的巨大潜力,这意味着我们着手准备的时候到了。
当互联网于1993年推出时,它似乎一夜之间便流行开来,不像大多数新技术那样,从首次概念验证到广泛接受通常需要十年以上。但互联网并非真的在一年内出现,它建立在从1965年到1993年间逐步构筑的因特网基础设施以及个人电脑等关键技术之上,这些技术突然跨越了决定性门槛。
前瞻眼光和市场动力也能推动新技术发展和传播。例如太空项目,始于政府远见,但直到卫星的军事和民用用途出现后,太空工业才进入商业化。展望生物领域的下一代技术革命,我们可以设想其结局将由市场、远见和发现来塑造;技术革命成为可能之前,需要跨越基础设施和资源方面的决定性门槛。
1984至1985年间,十多位顶尖科学家倡导提出了人类基因组计划(HGP),旨在首次完整读取隐藏在DNA中、用于塑造和维持人体的说明书。该项目计划在1990至2005年间花费30亿美元,绘制出完整的人类基因组序列。
几年前,我们完成了其中最容易的93%的测序工作,并留下了一系列有用的技术和方法。此后持续改进使得如今精确到足以实用的基因组测序市场价格已降至约2000万美元。尽管如此,大规模基因测序仍限于专门测序中心,仅供昂贵的大型研究项目使用。
“1000美元基因组”概念承诺DNA测序将便宜到个人足以负担,使人们认为将基因组序列存盘供医生参考是值得的一次性支出。廉价测序技术还能扩大基因组研究者队伍,提供更多基因组数据以对比病人与健康者的个体差异,从而使基因序列信息更有价值。
人类基因组普及还能扩展到周边环境——食物和人体中的病原体、过敏原和益菌。许多人日常关注气象图;也许未来我们能从每天的病原体和过敏原基因图中受益。在纳米科技和生物技术产业等领域,人们将加速开发生物种群,获取用于制造业和污染治理的新一代“聪明”材料和微生物。
基因组的实际应用还有很多,有些甚至超乎想象。所有应用的障碍在于高昂的测序成本。承担健康基金计划“创新基因测序技术”的两个美国国家实验室向科学家提出挑战:在2009年前将人类基因组测序费用降至10万美元,2014年降至1000美元。可设立奖金奖励首个达到目标的研究小组。这一目标已很接近。纵观新方法,已有潜力在4年内将费用突破性降至2万美元,届时将揭示新思想。
除了发展新技术,为迎接廉价基因读取技术的到来,我们还有许多工作要做。例如,开发处理基因序列信息的软件,便于医生操作管理。医生还需要一种方法导出每个病人的个人基因优先表,列出约10个重要特异基因。同样必不可少的是评估这项技术广泛用于人类可能造成的影响。
从一开始,人类基因组计划就制定了年投入1000万美元的计划,研究解决测序带来的伦理、法律和社会问题。参与者同意以前所未有的速度公开数据——可公布最近一周的新发现,并抵制将人体资源商业化的企图,同时保护公共基因组提供者的匿名权(“人类基因组”由多人染色体拼接而成)。然而,真正的大问题还在后头:若私人基因信息被科学家、保险业者、雇主、法庭、学校、政府或个人用于临床诊断和复制再生,如何维护隐私、保持公平?
这些难题需要像对待基因组生物科技发现那样严谨地研究。如今,个人基因组项目已经启动,将探索未来基因图个人化时代的潜在利弊。
当我们投资股票、不动产或人际关系时,我们知道一切都不确定,风险与价值并存。最初几台电脑问世时,我们无法想象个人数字技术将引发经济、社会和科学革命;同样,当我们从最初几段人类基因组进发时,必须预料并准备好类似的变革。