基因组编写计划

【背景】

人类基因组计划(HGP-read)的顺利完成,解密了人类基因组30亿个碱基对序列,提高了DNA测序的技术和质量,降低了测序成本。作为生物学首个基因组规模的计划, HGP-read虽然曾受争议,但现在看来却是对科学和医药领域革命化研究的伟大功绩。

尽管DNA测序、分析、编辑技术一直在飞速进步,构建细胞中DNA序列的能力还主要限于少数的短小片段,约束了操作和理解生物学系统的能力。所以构建大的、十亿碱基对大小的动植物基因组,包括人类基因组,可以深入对基因图谱的理解,促进大规模合成、编辑基因组方法和工具的发展。

【计划启动】

基于世界各地的群众、私人、慈善机构、工业和学术资源的支持,人类基因组编写计划(HGP-write)于2016年以1亿美元资本启动,通过合成生物学、基因编辑和其他技术更好地对生命系统进行解读和应用。

在计划实施之前,各界人士共同致力于从伦理道德、合法性、社会需求等各方面理解、讨论HGP-write研究和创新的决策制定。HGP-write要在10年内将细胞系基因组大规模的基因工程改造和测试成本降低为现在的千分之一(0.1-1000亿碱基对)。以当前的价格构建一个完整人类基因组的费用极为高昂,但是HGP-write将推动基因合成新技术发展,促进成本下跌。

HGP-write在解决多种人类健康问题上潜力颇深,可应用于人类可移植器官生长,通过基因组编码改变细胞株对病毒的免疫力,改造新型治疗细胞系的抗癌性,促进高产价廉的疫苗和通过人类细胞和组织发展药学等。

【实验计划】

在大规模HGP-write计划开始进行早期,通常研究者将专注于一小部分基因组(约1%)的研究。一系列充分利用超长DNA序列的实验计划需要预先考虑:

  1. 合成具有非编码DNA的全基因,揭开非编码DNA变体在调控基因表达、对人类疾病和特点影响的未解之谜;
  2. 构建特定的染色体,如21染色体或复杂的癌症基因;
  3. 生产编码单个或几个通路的染色体,如转化猪基因组来制造更易受控制的人类器官移植资源通路;
  4. 自由导入多基因和控制回路来提高基因治疗的安全和效率;
  5. 通过对蛋白编码区域重编码、消除相应基因组特征增加安全性,诱导的多性能干细胞来构建一个超安全的人类细胞系;
  6. 产生有普通人类等位基因的纯合参考基因组。

参考文献
JefD.Boeke, George,C., et al. The genome project – write. Science,2016.