收拾人類基因的善後

收拾人類基因的善後
知識通訊評論第87期

人類基因序列工作還未定案

多次大張旗鼓宣稱已大功告成的人類基因定序計畫，事實上其中還有諸多的缺口和錯誤，為了在臨床治療上能夠派上用場，還得靠一些默默工作的研究人員來更正最終的版本。

在美國國家衛生研究院的五樓無窗辦公室裡，邱琪（Deanna Church）幾乎是心無旁鶩地專注於眼前的工作，她電腦上顯示人類基因序列還有八百八十八項問題未解決，雖然數字偶有變動，但已很清楚地告訴她和國家生物科技資訊中心的團隊，人類基因計畫自近二十年前開始，離完成還有很長一段距離。

就是這項計畫，讓國際科學家已耗資近三十億美元。二○○○年，科學家在白宮一項典禮上宣布，他們已完成人類基因序列草稿，隔年發表此一演化詩篇的草圖又慶祝一次；二○○三年序列正式宣告完成時，科學家又開香檳再次慶功，當時媒體已顯然有些厭倦，不過在科學家保證已是最終成品之後，仍陸續公布修正改版，直到二○○六年才正式發表修飾後的完整基因序列。

然而時隔三年，邱琪卻仍在電腦前操作，靜靜地解決基因序列的種種問題，這些問題由全球各地的研究人員通報，多數是發現有所缺漏，也有些認為序列出現錯誤，還有些涉及複雜的DNA重組問題，得花費好幾年才能處理完畢。

德州人類基因序列中心主任吉布斯（Richard Gibbs）表示，「這實在令人很洩氣，這個序列品質極高，但極少數的不確定因素卻仍衍生出諸多問題」。

邱琪的團隊希望建立一套正確的參考序列，但顯然不易完成，例如這套序列其實不代表任何人的基因，而是混合眾多男女的DNA而成，以確保基因來源人士的私隱，並讓序列能代表全人類。

人與人的基因差異遠大於科學家預期

但要呈現這種共有資產並不容易，人與人之間的基因差異遠大於先前預期，三十億組鹼基對只要有任何一點改變，就可能影響數百萬個鹼基對。

故最後若能完成一套參考序列，將與初始版本大不相同，這也正邱琪及其團隊投入貢獻之處，希望能弭平其間差異，盡量捕捉人類的共通及獨特之處，有些人認為此舉浪費金錢，因為今日製作序列成本遠低於十年前，不過許多人主張，這套序列非常寶貴，可作為未來人類基因組研究的基石。

但解決序列問題不會為邱琪贏得多少美名，不會因此面見總統或出現在任何知名期刊裡，每當解決一個問題，還有下一個等著她，她認為這項工作雖不吸引人，但很重要。

責任聯盟

二○○三年四月，基因序列跨越了國際計畫完成的技術標準，涵蓋染色體中基因的百分之九十五，以及一萬個核酸中少於一個錯誤，但大約仍有三百五十個缺口，且多數結構變異未能包括其中。

邱琪與數十位研究人員二○○四年在英國開會，討論基因與結構變異，其中有項抱怨反覆出現：新資料無法輕易修正或更新基因序列。在一九九○年代的全盛時期，研究人員能聯絡主要的研究中心，通報任何基因序列疏漏，但到了二○○四年，多數研究中心已不再積極處理此事，科學界也大多無意再重拾舊工作，但卻造成問題，因為還是有人得負責，才能在找到錯誤時改善基因序列。

邱琪於是和歐洲生物資訊研究院柏尼(Ewan Birney)合作申請經費，經過逾兩年的會議與說明，獲得了兩筆最高各一百萬美元的營運經費，其他單位則協助處理資訊流通，這項合作計畫名為「基因參考聯盟」，目前已是改善基因序列最主要的機構。

基因參考聯盟正努力修補基因序列缺口

為改善現況，研究團隊主要有三項目標：訂正錯誤、填補缺口、在高變異性區塊提供其他參考序列。

在當初人類基因計畫結束之時，研究人員便已列出前兩項目標，但之後卻沒有下文，有些區塊格外難以處理，例如無法在細菌身上製造多個相同序列，這是定序必要過程；不過隨著新方法出現，已變得容易許多，二○○九年初，美國劍橋大學基因序列與分析計畫共同主持人諾斯包姆（Chad Nusbaum）及其團隊使用下世代定序科技，不需使用細菌即可完成這個步驟，研究成果也交給「基因參考聯盟」，納入參考序列之中。

第三項目標則是最近才出現，原本研究人員預期人和人之間的基因差異只是單一DNA符碼，現在透過不同方式，才更瞭解結構變異的程度，雖然有些變異與遺傳性疾病相關，但因為不易對照參考序列，故更難以追蹤，研究團隊現在希望以其他參考序列，來呈現基因多元性。

紐結和轉向

例如在組織相容複合基因中，這些在六號染色體中與免疫力有關的基因，是變異性最大的，原本的基因參考序列混合不同來源、不同區塊的DNA，讓最終序列不會與特定人物吻合，後來為了建立來源更明確的參考序列，倫敦大學學院癌症研究中心貝克(Stephan Beck)領導的團隊比對歐洲常見的DNA區塊，結果發現超過三萬七千項DNA差異及七千項結構變異，這些研究成果同樣納入「基因參考聯盟」的成果之中。

其他兩個區塊亦有替代參考序列，如第四號染色體與類固醇及其他藥物代謝有關，研究團隊發現原本的參考序列缺口原來是統計方法所致，故現在提供另一個參考序列。

另一個區塊則是第十七號染色體，也反映出原本參考序列的限制，科學家於二○○五年提出另一套序列，完全倒轉第一套序列的模式，不過華盛頓大學基因學家埃奇勒（Evan Eichler）與另外兩個團隊在二○○六年指出，這個區塊可能與智能發展遲緩有關。

為瞭解其中因素，埃奇勒便需要基因序列，他與其他研究人員合作，重新排列這個區塊的序列，等到他們於二○○八年發表研究成果時，「基因參考聯盟」運作已上軌道，正努力修補基因序列缺口，於是埃奇勒便將研究成果交給他們，納入新版參考序列之中。

埃奇勒指出，這些基因區塊如此複雜，故當然需要多項參考序列，才能發現涉及許多疾病的突變情況，他估計大約百分之五的基因需要多重參考序列，才能呈現人類多元性，這些區域大約包含上千條基因，影響範圍包括免疫反應、藥物解毒作用及生殖能力等。

一項共同工作

「基因參考聯盟團」於二○○九年三月首次公布成果，除更新了三個區域的參考序列之外，修正了逾一百五十件問題及填補二十五項缺口，但缺口仍有三百處以上；九月時，研究團隊其中二十位成員集會，討論下一步該如何進行，顧問團則建議，基因組應包括最常見的DNA序列，不過並未定義何謂「常見」，究竟應該是出現頻率最高項目，抑或是占多少人口比例？而分母究竟是全球超過六十億的人口，抑或是特定地區或族群人口？目前正進行的「一千基因組計畫」中，試圖將全球四大洲約兩千樣本的基因序列分類，研究結果應可做為參考。

有些「基因參考聯盟」的成員不支持大幅更動參考序列，主張只要還能發揮效果，就沒有必要大規模修正序列內容。

外界則質疑這整個研究計畫的必要性，不明白為何得修正十年前的排序結果，認為不會帶來實質影響，邱琪則認為批評者只看到基因體學的架構，卻忽略重要的小細節，且實際上對研究人員而言，每個區塊都很重要，故她手中永遠不乏需要解決的問題。隨著基因體學逐漸朝向個人化醫療發展，若基因序列與特定疾病相關，這個序列只要有一絲不完整或錯誤，研究便會失敗。

故「基因參考聯盟」會繼續埋頭更正的工作，除非未來排序科技不需參考序列，人類就得持續改善參考基因組裡的變異。這個研究團隊也同時負責改善老鼠的基因序列，二○一○年也將開始負責斑馬魚的序列，雖然這項工作不會占據媒體頭條，但學界多數都肯定其重要性。紐約冷泉港實驗室的基因學家希貝(Jonathan Sebat)認為，這件差事很費時，但必須要有人來收拾善後。