第762期【齐悦读—线上共读—透视新科技】《破解生命密码》
讲座题目：透视新科技——破解生命密码
主 持 人：胜 春
做客嘉宾：曾长青，中国科学院北京基因组研究所国家生物信息中心研究员。
叶 盛，北京航空航天大学教授。
讲座时间：2026年4月20日～4月26日
（备注：讲座视频可循环播放）
透视新科技——破解生命密码
讲座内容：
各位好，欢迎收看我们今天的《透视新科技》节目！我是主持人胜春。全球科学家共同努力之下，用了近30年的时间完成了人类基因谱的绘制，有人把它称作是人类生命的密码。当我们得知这个密码之后，对人类健康的影响会带来哪些突破？我们通过短片来进入今天的节目。基因俗称为人类的生命密码，它不仅决定着我们的种族、血型、长相、身高，也调控着我们生长、运动等功能信息。为了获得人类的生命密码，人类基因组计划于1990年正式启动，包括中国在内的6个国家的科学家共同参与了这一计划。2000年，人类基因组工作草图绘制完成，实现了从0到1的突破。虽然此时的草图中只绘制了基因序列的92%，但是却为人类带来了极其重大的意义。通过对基因的研究，我们对很多疾病有了新的认识，基因治疗、靶向药物等因此产生，直至2022年4月，完整无间断的基因序列终于被测出，补充了之前缺失的8%，人类从此有了完整的基因图谱。我们今天请来的两位嘉宾，一位是中科院北京基因组研究所国家生物信息中心的研究员曾长青，欢迎您！另外一位，是北京航空航天大学的教授叶盛，欢迎您！
这个基因图谱里面到底包含着哪些生命密码？其实应该说一个生命，它最基本的特征可能都写在基因图谱里面。因为实际上，我们知道基因对于生命来说是非常重要的。那基因最主要的作用就是编码蛋白质，而我们的生命它是由细胞构成的，那么细胞里面的大大小小的功能，99%以上可能都是由蛋白质来工作的，所以了解到基因的密码，那么就可能让我们能够对蛋白质的功能，然后对于整个细胞的功能，对于整个机体的功能能够有一个更彻底的了解。我们现在生物学发展下来，我们认识到了很多基因，但是我们总是觉得说，这基因组里还有其他的基因，到底有多少基因？这就好像说门捷列夫他研究出了一个元素周期表，但在最初周期表并没有被填满，里边还有很多空格，那么科学家就有很大的好奇心想要把它去填满。那么对于基因来说，可能基因组摆在那儿，这里面到底全部的序列是什么样子的，我们以前不知道，所以绘制这个基因图谱，就相当于绘制了一张在生物学上的这样一个完全的周期表，能够把所有的基因都列在里面，让我们能够去知道其中的生命奥秘。
我们为什么要绘制人类的基因图谱？这是我们自身的天书，是编码我们生命的这么一个图书馆。我们要想更好地生活，要想让我们的生活减少病痛，那我们一定要知道自己这个天书实际上非常深刻，而且它有很多层内容，也有很多种版本。那我们一点一点去了解，未来我们应该知道的其实就是我们生老病死的整个过程，我们每个人都不一样。之所以不一样，是因为我们有基本的这个位点，基本的信息这31亿个（对）碱基里边，大部分都是相同的，但是还有很多不同的位点里边，就蕴藏着很多关于疾病是不是容易发生的信息。那这些我们如果了解了，那一定是对我们这些复杂性疾病，高血压、心脏病、肿瘤，了解了这些疾病预防就好说了，治疗也容易了，所以了解这份天书看到这个图谱，对于我们的健康和医疗有很大的帮助。这个基因图谱的绘制很难吗？这个难度体现在哪里？主要是因为这本书太厚了，里边字太多了。因为咱们人类的基因组大概是有31亿对碱基，也就是说这本书里边有31亿个字母。那么这31个字母中还有一个很麻烦的事情，就是你知道咱们中国的常用汉字大概是一两千个，是有差异性的，英文字母有26个，可是在基因这本书里面，实际上只有4个字母。也就是说你用4种不同字母，拼出了一本31亿个字的这样的一本书，那么你想这里面肯定是会存在大量的这种所谓的重复序列的，这个就给我们读这本书带来了很大的困难。
我们在绘制前92%的时候，大概用了10年左右的时间，可是后8%几乎用了近20年的时间，那这8%有那么难吗？测这个基因图谱对于测序来说就是那些重复的这种片段，重复N次有的，而且它每一个重复又不是百分之百的，它有一些差别。而且我们测序是要一口气读下去，你才能把这个给拼出来，所以如果你有重复的片段，而且重复了很多次的话，那这个测序能力，就是一个很大的问题。因为早期一代测序它能读几百到上千个碱基，二代测序它解决的是通量和成本问题，所以它的片段反而很短。现在我们又有了三代测序叫单分子测序，它就能够读得很长，一下子就跟给你读了几十个KB（千字节），那就是几万，甚至更长的还有100K超过100KB，那就是你超过了10万，一下子就把这个碱基就给读过去了，你能读过去，那你这个才能给它绘出来。实际上这8%的完成，应该没有用20年，可能也就用了几年，只不过我们在等技术，这个三代测序能够延伸到，我能够一口气把这些重复系列全都给读完了，所以我们才能把这个空给填上。我的理解真是科学和技术，这是两条腿，缺一条腿都不可以。科学除了促进科学发展，除了增加我们知识以外，它也促进了技术发展。
这8%据我了解，它主要是分布在我们的染色体的端粒，可能很多人听说过端粒这个词，是跟我们的细胞的一个生命倒计时有关系。端粒会随着基因组的复制，会变得越来越短，那么当它短到一定程度的时候，这个细胞就要走向凋亡了。所以端粒跟我们的生命首先就是非常相关的，所以这个部分其实也是我们从生物学上来讲非常感兴趣的部分。可是，就像我们前面说过的，它里面的重复序列太多了，很多区段都是几乎一模一样的，那么这就给以前的测序带来了很大的困难。那么，由于现在有了纳米孔等等这种长读的方法，我们能够一口气读下来很长的序列。我们人类的基因组大小，约为31亿个碱基对，但是碱基类型只有四种，A腺嘌呤，T胸腺嘧啶，G鸟嘌呤，C胞嘧啶。若是将四个碱基比作扑克中的红桃、黑桃、梅花、方片，那么我们人类的基因组就是用这4种花色拼凑出来的31亿对扑克牌。即便是一些比较短的基因，也有着几百个碱基，而长的基因甚至有上百万个。每个人之间的差别就是碱基的排列顺序不同，如此数量的排列方式拥有着无穷无尽的组合，人类数百万年的演化和生老病死的秘密都隐藏在其中。
最初是（上世纪）90年代时候，当六国在一起联盟准备要绘制基因图谱的时候，那个时候我想中国的科技能力在国际上远远没有今天的这个能力，那个时候我们是怎么进入到这个联盟当中的，我们的任务和分工又是什么？我不得不认为进入这个联盟，具有一定的偶然性。当时是我们也有遗传学家，那个时候参加到这个计划中去，然后觉得我们也可以拿到中国做一点，这个时候这几个领头人，有杨焕明、于军，他们就去和当时的人类基因组计划的负责人去商量，商量的结果还确实就得到了这么一个1%的任务，得到这1%任务，我们就算正式加入了，所以我们加入比较晚。这1%对中国科学界的意义是什么？我觉得整个人类基因组计划，其实它一方面是在科学上的一个重大意义，就在于我们能够知道整个基因组的序列。另外一方面很大的意义就是推动了基因组测序，以及单个基因测序整体的技术上的一个发展。那么在这样一个大发展的背景之下，我们今天看到我们的很多事情之所以能够做得那么快，包括在这次疫情期间，我们能够跟踪病人样本，他身上所带有的病毒的突变情况，这些都是因为测序技术的一个大的发展。那么你可以想象，如果在这样一个大发展的潮流中，我们中国如果没有跟上，如果我们掉队了，那肯定是一件非常非常遗憾的事情，所以我觉得我们反过来说这1%，这个意义就显得非常重大了，因为我们有了这1%，我们成功地参与到了这样一个项目中，它对于我们国家的基因组测序，以及基因测序的种种的从硬件到软件到人才队伍的培养，它都是一个非常好的一个助推的事件。
1994年，国家自然科学基金资助开展的《中华民族基因组若干位点基因结构研究项目》，标志着我国人类基因组研究正式启动。1999年，我们拿到了“国际人类基因组计划”1%的任务，虽然只承接了1%的任务，但是却带动了中国基因组学研究飞速发展。在此后的20多年里，国内科学家发起和引领了各种动植物基因组项目，不断地有高水平成果产出，带领我国基因组学研究和技术跻身世界前列。在绘制基因图谱的时候，是选择一个人的基因，我们六国的同盟这些科学家都是在破译他的基因吗？对，大家是分任务。为什么选择一个人？因为那个时候技术也有限，如果测多的话，这个成本那就更多了。因为你现在要一个一个去做，你要两个都分出来的话，比如说几个人一块测的话，你怎么样分出来谁是谁呢？所以一定要是攻克这第一个体，到后来我们知道，确实这一个人是不够的，因为我们每个人都有差别，所以我们后来又开展了很多群体的研究，比如说紧接着可以说是这个人类基因计划的一个续集，我们叫单体型图计划。实际上虽然我们只测了这一个人的样本，它在科学上的意义还是非常大的。比如说，咱们的医学院的这些医学生，他们学人体解剖的时候，当然他不可能看到所有人的这种解剖学上的差异性，他只需要看到一个这样的样本，他可能就能够了解到一个人内部的身体结构应该是怎么样的，所以这个代表性的意义是非常重大的。
当完成了这92%之后，对人类的健康包括对疾病的抵御，给我们带来了哪些好处？那太多了，因为我们知道了，虽然说只有9成多，但是我们基本上知道了这些我们基因的编码，而且我们又知道了很多个体差异，每个人个体差异就表现出我们相貌不一样，表现出我们的身高体重等等不一样，但是也表现出我们对于疾病的这种易感性也不一样。所以这方面，我们对于复杂性疾病就会不断地去了解，它的遗传的影响，还有一种我们叫体细胞突变。这体细胞突变往往和这个肿瘤相关，这些现在都可以通过测序来找到很多种这种突变，也能通过序列分析来找到我们对于疾病的遗传易感性，有了这个图谱，对于我们分析疾病，研究疾病，预防和控制疾病有太大的帮助了。其实我觉得还有一个很大的方面，就在于通过这件事情它助推了我们在基因组测序，包括基因测序技术上的成长，我们可以在很短的时间内，花不太高的成本就能完成一个人的基因组测序，这个事儿是真正跟健康产生了很多直接的联系。比如说现在我们对一些疾病的研究，有一种方式叫作大队列的研究，所谓大队列就是说同样一种疾病，我们可能会征集很多的病人，比如几千个人，然后这里边再加上一些健康人群，都对其中的某个我们感兴趣的基因组的区域去进行测序，然后进行比较，你就能知道到底是哪个基因导致的这种疾病。
比如说，之前在高血脂的研究中就曾经有过非常成功的案例，当时是对三四千人进行了这样的研究，其中还包括一种遗传性的低血脂。其实，这个家族的人，他们的血脂无论如何都高不上去。当时已经知道说这个关键的基因可能存在于一号染色体上的某个位置，但是到底是哪个基因一直都不清楚。直到完成了这个大队列的研究之后，对他们都进行了这样的一个测序，然后对这个测试结果进行比较，最终把那个关键基因给揪出来了。那么，这个基因就叫作PCSK9，那么根据这个基因，后来还开发出了相应的一些药物，这个药物能够很好地把这个基因的表达产物，把它的功能给屏蔽住，然后就能够解决这个高血脂的问题，所以像这样的一个案例就是非常好的一个案例，它能够告诉我们如何从基因组的测序一路走到疾病的解决，这就是一个非常完备的案例。那么这个事情其实就是我们未来在解决很多疾病中我们想要做的事情，我们希望能够对更多的人群进行这种基因组测序，然后通过比较，找到那个关键性的差异基因。
自基因图谱问世至今，基因制药、基因治疗等相关的技术发展迅速，在多种疾病的治疗中展现出巨大潜力。比如肺癌，因为有了基因免疫治疗，使得部分适合该治疗方式的患者，五年生存率从5%提高到了30%，不仅如此，基因图谱的绘制让我们在基因药物研发方面有了巨大突破。截至2022年2月，全球已有37款基因治疗药物获批上市，能够治疗肿瘤和脊髓性肌萎缩症、地中海贫血症等多种罕见疾病。人类基因组测序的基本完成，让我们对过去很多束手无策的疾病有了治愈的希望。过去前20年的时候，92%的时候已经给我们带来很多疾病治疗的突破，这8%全部完成之后，又给我们对疾病治疗带来了哪些新的惊喜。从目前看，我们确实知道了这8%，除了我们把这个空填上以外，也确实知道这空里边还有一些新的基因，以前是没有发现的，这又发现了有几百个，甚至有100个左右，而且还是编码蛋白的，这个是我们新发现的基因，这是一个。而且这8%，因为你长读的测序就更准确了，还做了很多纠正。那么对于其他的那还要看我的感觉，随着8%出来以后，那会有成批的文章出来，有新的发现。
当我们对生命的密码有了解读之后，有可能在基因上做文章来生产出疫苗，来对付这些病毒吗？实际上现在就是这么做的，我们现在对于新冠的这次疫情，实际上是人类在历史上第一次能够从一个传染病的出现，然后就开始对这个病原体进行基因组测序，并且全程跟踪它的基因组的突变的变化，这个事情在人类历史上以前是从来没有做到过的，这是这一次。这个其实就源于我们基因组测序的这种技术的进步，我们的时间成本和金钱成本的这种降低，才让我们能够完成这件事情，所以我们也在这个过程中始终在严密地监控着它的突变的变化，包括我们知道哪些突变株现在是流行的突变株，这对于相应的一些防疫政策的制定，其实也是有着非常重要的意义的。2022年4月1日，人类基因组计划取得了突破，首个完整无间隙人类基因组序列公布，它被认为是自人类参考基因组首次发布以来进行的最大改进。此版本比此前的人类基因组图谱增加了近2亿个碱基对，以及2000多个新基因，还发现了大约200万个额外的人类遗传变异位点，这些位点与疾病相关的622个基因，进行遗传变异探测时的精准度增加，这份近乎完美的人类基因组序列图谱，将更好地帮助科学家们在生命科学领域展开深入的探索。
当我跟朋友分享这个信息的时候，我说人类的基因图谱100%已经绘制成功了，这是科学界的一个突破，你知道他们反应是什么吗？他们第一反应是我一定好好活着，将来没什么病是不可以治愈的了。那是不是当我们基因图谱100%绘制成功之后，未来有多大程度可以延缓我们的衰老？有很大的程度是能让我们少生病，或者是不生病，或者是如果生病的话，我们可以及时发现，因为我知道这个个体，或者我知道我自己有得这种病的倾向，那么我们就要格外注意，保证我每年的检查，这样的话实际上就会让疾病来得比较早的时候，我们就发现，或者我们就直接地就让它避免它发生。我们可以通过生活方式的改变，因为这个遗传易感有易感性，并不意味着一定会生病，但是意味着你比别人容易得病，可是你要比别人更加注意保护自己的话，那这个病就可能不发生了。我们最值得期待的可能给我们带来人类健康的改变是哪些方面？我个人觉得还是这些疑难病的治疗，比如说肿瘤，这是我们最头疼的问题，把肿瘤治愈，把癌症治愈，这个是一个从过去几十年上百年的努力看，这是一个非常艰难的过程。但是我们现在确实你可以看出来医学上面有越来越多的进步在做这些事情，比如说免疫治疗这些，未来的话我个人认为我最值得期待的首先是攻克癌症。
这种攻克，它不是一蹴而就，它是以一个一点一点，有时候可能会有一些一个重大的技术，可能有一个巨大的飞跃，它可能是跳跃式的，但是它肯定不是一下子就解决所有问题的。另外，就是对于其他的这种复杂性病，特别是这种发病率很高的高血压、心脏病，这些不一定是通过遗传的方法，但是通过基因组学和其他组学，这样的话你能用一个很透彻的知识，很全面的知识能够控制疾病，这是我的期待。实际上咱们国家在未来的《生物医药的发展规划》中也是明确提出来，以后我们不光是要治疗疾病，我们未来要把更多的科研的力量，更多产业化的力量要投入到疾病预防的这个工作中去。而对于疾病的预防来说，基因组的测序它是一个非常重要的这样一个环节，它能够提供非常多的有用的信息，所以我想未来，咱们国家肯定会在这方面能够有一些技术上的进步，包括一些产业化的上的进步，能够让大家用更方便的方式，更低廉的成本，然后能够去完成这件事情，我想这是第一点。那么第二点，我觉得还有一件相应的很重要的事情，就是要加强基因组和基因知识的科普。作为一个普通人来说，我们要怎么看待拿在手上的这一份报告，怎么去看待这些所谓的百分之八十几、百分之七十几，这些生病的概率。其实很多人现在可能是一个比较慌张的状态，他看到说我可能某种癌症的几率高达80%多，开始陷入到一种非常紧张的这样的一个焦虑中去，这个其实我们从现在的生物学的知识上来讲，这个反而会助长癌症的一个发生和发展。所以我们该怎么样去看待这样一份基因检测的结果？这个可能是我们在科普上非常任重道远的一件事情。大家不能说只是知道基因这个词就完了，而是要真正去了解这件事情的内涵。
电视观众一定会关注自己的基因检测了，甚至很多人纷纷涌向医院，说我也要测一下，我早发现早治疗。我的家族遗传史在什么地方容易得病，您觉得有这个必要吗？我个人认为，第一基因检测很有必要，不管你是临床病人还是一个健康人，我们也叫精准健康，为了健康的目的，为了疾病防范的目的，确实有这个必要去做，但是现在就是做这个的也很多，我应该说水平和性价比这真是参差不齐。因为我们的知识日新月异，对于同一种疾病，五年前的检测内容和今天比那就差得很远了，所以要不断地更新，而且要不断地吸收新的知识。有的盲目有漫天要价的，也有的并没有（漫天要价），所以说在市场上面，我觉得这还是需要注意的，一定要到非常正规的这种地方。这里边其实就还牵扯到了另外一个问题，就是我们的基因组数据的一个隐私问题。这就像我们的指纹，像我们的这个面部数据一样，测序是测了，测了之后这个数据掌握在谁手里，那么谁有权去访问它，那么这些其实都是一个有待于我们未来，可能需要包括立法，包括很多其他的机构也好，公司也好，参与进来去共同推进这样的一个问题。
但是实际上这些公共数据，在隐私方面其实都处理得很好。首先要说的是没有共享就没有进步，就没有我们今天这么多知识爆炸，这么多新的学科，但是共享的时候必须要避免对个人信息的泄露。我举一个例子，我刚才说了这个人类基因组计划之后，我们中国又参加了一个叫单体型图计划，就是做人群的任务，我们中国做了10%，而且我们还提供了一半的亚洲样本。就是这个数据里边，当时做了将近300个人，有45个个体是来自中国的。这个数据对您个人目前可能没有什么帮助，就是为了科学来提供一个样本研究，为了大家都可以用，但是你的名字是不会用到的。我们取了远超过45个人的样本，我们为什么要取得多于45呢？就是说我们永远不知道谁的样本被用了，所以这样的话，就是它一个很好的保护。即使你说我也参加了，都找不到你。
因为你样本也可能没有用，所以这是一个各种各样的不同层次的保护。而且我们现在所有的和遗传相关的样本，都要经过很严格的审批，我觉得每个单位我们都有伦理审查委员会，都要进行严格的审批。其中就包括你是不是严格遵循了生命伦理的法规法则，你是不是进行了个人信息的保护。所以说这里面其实更重要的是在于谁在用它以及怎么用它，这个是需要去亟待规范的一个问题。这还涉及的一个就是什么叫知情同意？你征求我的意见，问我愿不愿意参加某一个项目，你要告诉我它的做什么，可能的风险以及用途，我是用于这一项，比如说我就是参加你体检，还是说我愿意拿出来，我能做其他的工作，提供样本的我们叫捐献者，他的同意须是知情情况下的同意。感谢两位来到我们演播室！也感谢您收看我们这一期的《透视新科技》节目！如果您想了解我们更多的节目内容，可以下载央视频收看我们过往的节目。好，今天的节目就到这儿了，我是胜春，咱们下期节目再见。
