基礎與生命的分子觀

人類基因組計畫(Human Genome Project)

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想像你打算把一個人的整本說明書一個字母、一個字母地寫下來。這就是人類基因組計畫:一項大致從1990年持續到2003年的國際工程,目標是第一次讀出人類DNA全部三十億個鹼基對的序列。它是生物學史上規模最大的協作工程之一,其雄心可與登月相提並論。

這項工作意味著:把基因組拆成一塊塊便於處理的片段,用當時的化學方法給每一塊定序,再用計算把這些片段拼回正確的順序——就像把同一本巨著的許多份被撕碎的副本重新拼合起來。一個由公共經費資助的聯盟,與一家名叫塞萊拉(Celera)的私營公司,平行競賽,在2000年宣布了一份工作草圖,並在2003年給出了更完整的版本。最引人注目的意外是基因的數目:人類原來只有大約兩萬個蛋白質編碼基因,遠少於許多人預期的十萬個,也並不比一條線蟲多多少,這迫使人們重新思考複雜性究竟從何而來。

它的遺產重塑了整個領域。它創造出後來所有人類DNA研究都用以對照的參考基因組,推動了讓定序便宜、快上千倍的技術,並開創了基因組學和個人化醫療。但它也教會人們謙卑:拿到序列只是開始,而不是結束。基因組的大部分是非編碼的,至今仍在被破譯;而讀出這些字母,對「如何治癒疾病」的啟示遠比我們期望的少——因為知道零件清單,並不等於理解了這台機器。

第一個人類基因組耗資約三十億美元,花了十多年。今天,多虧了那個計畫催生的技術,一個人類基因組大約一天就能定序完,花費只要幾百美元。

從三十億美元到幾百美元——這個計畫最深遠的遺產,是廉價的定序。

2003年那個「完成」的基因組其實並不真正完整:那些困難、高度重複的區域一直懸而未決,直到2022年,端粒到端粒(Telomere-to-Telomere)聯盟才補上了最後的缺口。即便到今天,「人類基因組」也是一份參考序列,而不是任何一個真實個人的DNA。

又稱
HGP人類基因組計畫