国际基因组学大会揭示产学研发趋势

全球基因体研究的年度盛事──第 12 届国际基因组学大会 (The 12th Ineternational Conference on Genomics；ICG-12)，于 10 月 26 日在深圳的中国国家基因库盛大展开，以 Omics for all (基因科技造福人类) 为主题，探讨如何把科学转化为应用，实现人人都能使用的基因组革命，大会邀集全球超过千位基因体学界的学者、专家，研讨领域涵盖：体学与医学健康 (Omics for Medicine and Health)、新兴的体学科技(Emerging Technologies of Omics) 、基因体编辑与编写(Genome Editing and Writing)、基因体生物学(The Biology of Genomes) 等几大主轴，探讨如何把科学转化为应用，实现人人都能使用的-基因体(组)革命。

合成生物体学：基因体编辑与编写应用崛起

哈佛大学和麻省理工学院健康科学与科技教授以及哈佛大学韦斯研究所生物工程部门的创办者乔治丘奇 (George Church) 表示，DNA 读取和编写技术的进展呈现指数型成长，比积体电路的摩尔定律 (Moore`s law) 进展速度快上 2~10 倍，近年来 DNA 的读写产生了剧烈变化，其中一个原因是分子的 multiplexing，让我们可以大量的分析序列。在 DNA 读取方面，而新的定序技术如 Oxford Nanopore，具有长读数，及高达 100kb 的高通量，前景相当看好。在 DNA 编写方面，合成生物学中 multiplexing DNA 芯片可以合成 DNA。

乔治丘奇 (George Church) 博士

合成生物学中的很重要的一个是改变基因或表观基因，我们可以加入 DNA、删除 DNA、替换 DNA，或改变表观修饰但不修改 DNA 序列，因此而发展出崭新型态的基因重编有机生物体 (Genetically Recoded Organisms；GROs)，不仅能干扰病毒基因体的转录而达到弱化效果，还有潜力发展出器官移植所需的拟人化动物 (Humanized Animal) 模式，都能透过基因编辑的方法来达成，可望挽救并延续全球数千万人的生命。

有鉴于基因体编辑与编写应用崛起，ICG-12 大会主席杨焕明院士宣布华大基因 (BGI) 与乔治丘奇 (George Church) 教授合作成立乔治丘奇合成生物研究所 (George Church Institute of Regenesis)，共同携手为合成生物体学的进展和应用投注更多资源和努力。

ICG-12 大会主席杨焕明院士

ICG-12大会主席杨焕明院士 (右三) 宣布华大基因 (BGI)与乔治丘奇 (George Church)教授 (右四) 合作成立乔治丘奇合成生物研究所 (George Church Institute of Regenesis)

基因体生物学：现代科技的挪亚方舟

地球自数百年前开启工业革命进入人类世 (Anthropocene) 以来，全球的气候变迁与人为的环境污染，让许多生物物种加速走向濒临灭绝，大幅降低了地球原有的生物多样性与生态平衡。美国自然与历史博物馆的研究员 John Kress 说明，我们对于地球物种的认识仍然短缺，据估计全球的物种种类约在 300 万至 2000 万种之间，但目前仅有 175 万种生物被确认。然而，我们对于生物基因体的认识更是表浅，即便基因科技发达的今日，全球也仅有 0.3% 的物种基因体序列被定序完成。因此在 2017 年 2 月，地球生物基因体计画 (Earth Biogenome Project;EBP) 首次在 John Kress、Oliver Ryder 与杨焕明等重量级学者的共同倡议之下展开，目标设定 10 年内将地球上所有生物物种的 DNA 基因体定序完成，以达到保留生物多样性和人类的永续发展。

美国自然与历史博物馆的研究员 John Kress 介绍地球生物基因体计画 (Earth Biogenome Project;EBP)

美国圣地牙哥动物园遗传保留研究所的 Oliver Ryder 博士也提出，为何我们需要保留生物体的细胞？因为在一些濒临绝种的动物，细胞样本的及时保存很重要，否则未来可能空有技术但没有样本相当可惜。除了能够更深入了解冻存物种的基因遗传资讯，还能将冻存的细胞诱导成诱导性多功能干细胞（induced pluripotent stem cell; iPS cell），将有助于这些物种未来的再生和复育。截至目前为止，圣地牙哥动物园的 Frozen Zoo 已经成功完成 104 种生物的全基因定序，而华大基因 (BGI) 也已经完成 15 种生物的全基因，堪称现代版的挪亚方舟计画。

基因体学与定序技术的突飞猛进

从次世代基因定序 (NGS) 问世以来，无论是基因体学或是基因定序技术的都发生划时代进展，在科学研究领域和医学临床检测的应用蓬勃发展，其中非侵入胎儿染色体基因检测 (NIFTY 或 NIPT) 便是非常成功的临床应用，仪器平台则是大家耳熟能详的 Illumina 和 Thermo Fisher 为主流。但读长太短一直也是次世代基因定序的弱点，对于高度杂合的基因组、高度重复序列、高 GC 含量的区域、拷贝数变异 (Copy Number Variation;CNV)、大片段的缺失 / 重复序列等问题，都面临相当大的困难。因此，标榜单一分子、不需要进行 PCR 放大、读长较长的三代基因定序 (Third Generation Sequencing) 也就应运而生，包括 Pacific Biosciences 和 Oxford Nanopore 都相当具有代表性。

Oxford Nanopore 的 Iain Maclaren-Lee 经理表示，Nanopore 开发的随身基因定序装置的最长读长约为 200kb，每一次(48 小时)产生的数据量约为 16GB，2 小时即可将细菌病原(bacterial pathogen) 的基因定序完成，在基因体学 (Genomics) 尤其新物种定序、转译基因体学 (Transcriptomics)、甲基化体学 (Methlylomics)、总体基因体学(Metagenomics) 等方面的表现明显优于现有的次世代基因 (NGS) 。广州中山大学谢志教授则提醒，第三代定序(TGS)由于单一点变异的侦测错误率较高 (可达 15%)，进行序列局部比对 (Alignment) 的步骤时可能衍生消耗大量运算资源和费用，严重影响了第三代定序应用的普及性。为了解决这样的困难，谢教授研究团队发展出一套名为MECAT的数据运算方法，可大幅提升序列比对和组装的效能，并将成果发表于知名期刊Nature Method，估计将可以让第三代定序的应用发展更加如虎添翼。

本届国际基因体会议 (ICG-12) 还有一个值得关注的议题，中国保险学会与深圳华大生命科学研究院共同发起成立“基因科技与保险创新实验室”，是目前除了美国以外少见的保险业与基因科学领域的跨界创新合作平台，运用前瞻的基因科技预测疾病风险，鼓励受保民众提前采取健康促进的积极作为，同时减低医疗保险给付开支，发挥基因体产业的实质影响力。

更多精彩报导，请锁定基因线上 !

延伸阅读：2017 CSCO 卫星会特辑 (一)：肺癌标靶治疗的最新进展与挑战