2023年までに、ゲノミクス革命はどこまで進歩しているでしょうか?

原題: DNA二重らせん構造発見70周年、ヒトゲノム計画完了20周年

2023年までに、ゲノミクス革命はどこまで進歩しているでしょうか?

2023年4月25日はDNAの二重らせん構造の発見70周年にあたります。 70年前の科学者によるこの発見により、生物学研究は分子時代を迎えました。生命の遺伝情報を担うDNAは、ナノスケールの空間の中で、このように美しい姿で生物界の千変万化と無限の生命の神秘を伝えています。

生命科学の歴史にとっても、2023年は特別な意味を持つ年です。 80年前、ノーベル物理学賞受賞者のエルヴィン・シュレーディンガーは「生命とは何か」と題する演説を行い、多くの物理学者が生命科学に傾倒するきっかけとなりました。 20年前、米国、英国、日本、フランス、ドイツ、中国の6カ国の科学者が数年にわたる努力の末に協力し、ヒトゲノム配列地図を完成させた。この地図は生命科学の歴史に画期的な出来事を「描いた」ものでもある。

80年、70年、20年が経ちました。さて、ゲノミクス革命はどこまで進んだのでしょうか？中国の関連分野は世界のパターンの中でどのような位置を占めているのでしょうか？ 「生命の解読」の意義と、それがもたらす産業のトレンドとは？新華社デイリー・テレグラフの記者たちは、多くのホットな話題について、権威ある専門家や学者と対話を行った。

「人生の謎は私たちが考えていたよりも複雑ですが、私たちはその方法を見つけました。」

遺伝子研究の発展と遺伝子解析技術の成熟がなければ、ゾウとモグラが同じ家族であること、クジラとカバが近縁であること、ウサギがネズミよりも人間に近いこと、そして人間とチンパンジーの遺伝子の違いがわずか1.6％であることなど、人間は想像もできなかったでしょう。

生命は、この惑星の空、海、砂漠、森のいたるところに咲き誇っていますが、その神秘に対する人類の理解は、まだ世界を見るために目を開けたばかりの子供のようなものです。

記者：DNAの二重らせん構造の発見とヒトゲノム計画の完了の意義は何でしょうか。

何林（中国科学院院士）：これらの出来事が人類と科学界に与えた影響と価値は画期的なものと言えるでしょう。

70年前に提案されたDNAの二重らせん構造を例に挙げてみましょう。それは本質的に分子生物学の時代を開始し、遺伝子研究が分子レベルにまで深く入り込み「生命を解読」することを可能にした。それ以来、人々は遺伝情報の構成と伝達経路を明確に理解するようになりました。その後の70年間で、分子遺伝学を筆頭としたさまざまな学問分野が雨後の筍のように誕生しました。生命の謎が分子の観点から次々と解明され、DNA組み換え技術が大きく進歩し、バイオエンジニアリングの分野での研究と応用が開かれました。

楊煥明（中国科学院院士）：約20年前、ヒトゲノムの概要を入手したとき、私は本当に嬉しかったです。それは歴史的な進歩だったからです。それは人類の多くの謎を明らかにし、全人類の共通の遺産であり共通の富です。

同時に、このスケッチを前にして、生物学に対する私たちの理解がいかに表面的であるかがよりはっきりと理解できました。私たちは先人たちの肩の上に立ち、新たな出発点に立ち、より広い世界とより多くの岐路を前にしています。人生の謎は私たちが想像するよりも複雑ですが、私たちはその方法を見つけました。

Yin Ye（BGIグループCEO）：ヒトゲノム計画、マンハッタン原爆計画、アポロ月面着陸計画は、20世紀の3大科学プロジェクトとして知られています。これら 3 つの主要な科学プロジェクトは、個人の関心と仮説によって導かれる当初の小規模科学運営モデルから、ビッグデータとプラットフォームによって導かれる大規模科学プロジェクト モデルへと、物理科学と生命科学の発展におけるパラダイム シフトを促進しました。

ヒトゲノム計画の成功により、人類は初めて自らのゲノムの構造と配列に関する完全な情報を入手することができ、多数の遺伝子研究の「ナビゲーター」となりました。

「ヒトゲノムの配列を解析するコストは、20年前の30億ドル以上から今日では100ドルにまで下がった。」

ヒトゲノム計画は1985年に提案され、1990年に正式に開始されました。当初は、米国、英国、フランス、ドイツ、日本の5つの先進国が参加しました。 1997 年 11 月、王建、于軍、顧軍、何富初、何林、曽益新、顧東風、楊煥明など若手と中年の遺伝学者が中国遺伝学会の若手遺伝学者シンポジウムに出席し、湖南省張家界市に集まりました。数日間の会議で、彼らは目標を定めました。それは、シーケンシング作業の 1% を達成し、ヒトゲノム プロジェクトの最終列車に乗ることを目指すことでした。

張家界の3000の奇峰は雄大に聳え立ち、800の美しい川は変わらず流れているが、この時期に醸成された夢とその後の各方面の努力により、中国は人類に関わるこの壮大な計画において発展途上国として唯一の代表者となった。 6カ国の科学者が協力してこの偉業を成し遂げ、「共有、貢献、共有」というヒトゲノム精神を築き上げ、その後の遺伝子科学の発展の中核的な基礎を築きました。

張家界の独特な山々と美しい海は、それ自体が生物遺伝子の宝庫であり、中国は生物多様性が最も豊かな国の一つでもあります。 「1%」プロジェクトによって推進され、家禽、家畜、作物、菌類、細菌、ウイルス、寄生虫、その他の資源生物のゲノムの国内での配列決定が本格化しています。

記者：DNAにはどんな秘密が隠されているのでしょうか？これまで中国におけるゲノミクスの研究状況はどのように変化してきましたか？

何林：DNAは正確に複製され、親と子の間の遺伝的連続性を維持します。タンパク質合成を誘導し、代謝プロセスと形質の発達を制御することができます。そして、特定の条件下では、遺伝性の突然変異を生み出す可能性があります。それは生命の解読の始まりです。

20年前と比べて、中国のゲノム研究における国際的地位は大幅に向上し、世界の同業他社との競争能力は大幅に向上した。しかし、これは競争の激しい分野であり、いかなる「リーダーシップ」も絶対的に保証されるわけではありません。さらに、我が国では遺伝子産業が急速に発展しており、それが生み出した経済的利益も相当なものです。

何富初（中国科学院院士）：ヒトゲノム計画の最大の貢献は、核酸配列解析能力の「超ムーアの法則」の成長を促進し、それが今度はゲノミクスによる生物医学研究のパラダイムシフトをもたらしたことです。今日、ゲノミクスは「成熟段階」に入りました。

生命科学の他の分野では、プロテオミクスはまだ「成長痛」を抱えており、メタボロミクスは「初期段階」にあります。したがって、ゲノム時代に入ったとはいえ、マルチオミクス、あるいはライフオミクス時代の到来が求められています。

徐洵（深圳BGI生命科学研究所所長）：ヒトゲノムの配列決定にかかるコストは、20年前の30億ドル以上から現在では100ドルにまで下がり、7桁も減少しました。時間的に言えば、数年から1日になりました。技術の発展により、ゲノム配列の解析はますます容易になりました。

過去20年間の中国のゲノム科学分野における発展を世界的な視点から見ると、参加から同期へと移行したと言える。我が国は、シーケンサーなどの一部の分野では、独立した制御を実現しています。私の国のシーケンサーは、スループット、精度、コスト効率において世界をリードしており、世界的に認められています。しかし、単一分子長断片シーケンサーやその他の技術はまだ追いつく必要があります。

同時に、現在、我が国は、プロテオーム検出に使用される高性能質量分析装置、タンパク質構造分析に使用されるクライオ電子顕微鏡、および生命科学の主要検査キットのほとんどを依然として輸入に頼る必要があることも指摘しておくべきである。生命科学の強固な基礎をさらに築き、ハイエンドの科学研究設備とコアソースツールの自主管理をさらに推進し、国産設備の継続的な反復を推進し、重要なコア技術を継続的に征服することが急務です。

ゲノミクス業界の3つの大きなトレンド

業界では、ゲノミクス業界には精密医療、未来の農業、バイオ製​​造という 3 つの大きなトレンドがあるというコンセンサスに達しています。

現在の医療技術では、7,000 種類以上の遺伝性疾患を検出できますが、そのうち診断できるのは 300 種類未満です。精密医療にはまだまだ大きな発展の余地があります。土壌中の微生物の遺伝子を改良することで、砂漠でも米を栽培できるようになります。バイオ製造は、医療、医薬品、農業、材料、環境、エネルギーの分野で幅広い応用が期待されています。

記者：一連のゲノミクスプロジェクトの実施やプロテオーム、トランスクリプトームなどの開発は、医療、農業、エネルギーなどさまざまな分野にどのような変化をもたらしましたか？

何府中：ヒトゲノム計画とそれに続くゲノム研究の成功により、「精密医療」という概念が生まれ、個別化医療の臨床実践が開かれました。しかし、ゲノミクスだけに頼った「精密医療」を真に普及させることは難しい。この問題に対処するため、中国の科学者たちは異なるアプローチを採用し、プロテオミクスを駆使した精密医療を開発した。

例えば、私の研究室では、肝細胞癌患者の検体のプロテオームのビッグデータ解析を通じて、同じ病理学的タイプの腫瘍をさらに 3 つの分子サブタイプに分類することができます。サブタイプの分類は予後と密接に関係しています。より多くの肝細胞癌患者が恩恵を受けることを期待して、その後のトランスレーショナルリサーチが現在実施されています。

徐洵：精密医療とは、本質的にはゲノムを核としたマルチオミクス技術を用いて、大規模なサンプル集団や疾患のバイオマーカーを分析、特定、検証、適用し、疾患の原因と治療対象を正確に突き止め、個別化された精密治療を実現し、疾患の診断、治療、予防の有効性を高めることです。

将来の農業では、ゲノム配列解析によるカスタマイズされた精密育種により、さまざまな栽培環境やさまざまな農産物のニーズに適応できるようになります。

バイオ製造業では、合成生物学などのゲノムの読み書き技術を活用し、生物学的発酵などの方法により、材料、主要な医薬品成分、エネルギーなどの生産・製造が可能になります。

呉立文（湖南省小児病院医師・神経科部長）：臨床医として、ゲノミクスは非常に急速に発展していると感じています。現在では診断できる難しい病気の多くは、12年前には診断できなかったか、誤診されていたことさえあります。

私はかつて、運動発達が遅れていて、歩くこと、走ること、階段を上ることが苦手な8歳の女の子を治療したことがあります。その後、彼女は学校まで抱っこされて行かなければなりませんでした。朝起きた後や午後に体調が良くなり、変動が見られました。私たちは彼女が重症筋無力症ではなく先天性筋無力症候群であると考え、彼女に対して標的遺伝子検査を実施しました。結果は、遺伝子変異によって引き起こされた変動性重症筋無力症であることが判明しました。現在の医療レベルでは、この病気には非常に良い治療法が存在します。彼女は今では歩くことも、走ることも、ジャンプすることもでき、普通の生活を送ることができます。

近年のゲノミクスの急速な発展は、計測、機械、材料科学の総合的な進歩と切り離せないものでもあります。基礎科学研究は臨床研究に先行するべきであり、その後臨床実践が技術の反復にフィードバックされることになります。精密医療に画期的な進歩があれば、家族が抱える多くの大きな問題を解決できるでしょう。

Yin Ye: ヒトゲノムプロジェクトの投入と産出の比率は非常に大きく、38億ドルの投資で数千億ドルの収益がもたらされると推定されています。さらに、この技術の急速な発展は、物理学、化学、数学、情報技術の急速な協調発展をもたらし、精密医療、公衆衛生、現代農業、エネルギーと環境保護、生物多様性の分野で包括的な進歩をもたらしました。

医学において、最も象徴的な応用は非侵襲性の出生前遺伝子検査であり、妊婦の末梢血を通して胎児の染色体構造の異常を検出し、ダウン症候群を含む多数の先天異常の発生を回避し、無数の家族が「遺伝的悲劇」に別れを告げることができる。

農業では、ヒトゲノム計画の草案が完成した後、多数の重要な農作物のゲノムが解読され始めました。中国で最も代表的な作物は米です。世界で初めてイネゲノムの骨格地図と詳細地図を完成させ、アジアのゲノム研究における地位を確立しました。 2018年、中国の科学研究チームの積極的な努力の結果、ネイチャー誌は、栽培されている2大稲の品種の名前を「日本」と「インディカ」ではなく、「粳」と「籼」に変更すべきだと合意した。 （王若晨記者、張格記者）