我们的工作是精准医学的生动案例。有什么比一个细胞更精细？比一个碱基更准确？单分子手段使得我们能够在单个分子的层面上检测、理解并改善生命过程。
——美国科学院院士谢晓亮
谢晓亮在2012和2013年，由北京大学多个研究团队合作完成的世界首个高精度人类男性和女性单个生殖细胞的遗传图谱相关论文相继发表于《科学》和《细胞》杂志。这些工作采用的单细胞DNA扩增技术MALBAC，与以前的相关技术相比，将单细胞全基因组测序的精确度大幅度提高，以至于能够发现个别细胞之间的遗传差异。
MALBAC技术是由北京大学生物动态光学成像中心（BIOPIC）主任、哈佛大学终身教授、美国科学院院士谢晓亮领导的团队发明。他们的工作不仅大大拓展了单细胞基因组学研究技术，而且给现代医学带来了革命性的突破，是“精准医学”的一个最佳范例。
在与BIOPIC的汤富酬教授团队和北京大学第三医院院长、辅助生殖医学专家乔杰研究组的合作下，2014年下半年，两对携带遗传疾病致病基因的夫妇在利用MALBAC技术进行辅助生殖筛选的帮助下成功生下了健康的婴儿。此外，MALBAC技术还被应用于探索针对肿瘤细胞的个体化诊断和治疗。
2015年7月18日，谢晓亮在由赛先生与未来论坛联合主办的“理解未来”系列讲座上发表题为《单分子水平上的生命——通往精准医学之路》的演讲，回顾并展望了他在单分子基因组学上的基础研究和生物医学应用的探索之路。
北京大学生命科学院饶毅教授在现场介绍他时说：“谢晓亮的第一个基础研究工作是1998年开展的单分子酶学，他开创了在单分子层面对生命过程的研究。近年他又开始探索在医学上的应用。中国引进现代医学后，在现代药学方面只有少数几个药物作用领域的发现，在现代医学技术上唯一的发明和应用就是谢晓亮和汤富酬、乔杰三个团队合作诞生的‘MALBAC婴儿’。”
饶毅强调，“精准医学”概念的核心非常精细，仅指用于了解基因型与疾病的预防、诊断和治疗的现代基因测序技术。除此之外所有其他的想法都是“精准医学”概念的外延，都不是目前技术能够做到的。
中国医学科学院院长曹雪涛认为，谢晓亮的MALBAC技术能够改变整个生物医学，其对未来精准医学的发展和应用的贡献是不可限量的。
“获得终身教授的人很多，但真正能够在人类历史上，特别是科技史上留下印记的科学家非常少见，而谢晓亮将理论和技术结合，用技术解决科学问题，是引领整个科学界发展的真正的一流科学家。”曹雪涛评价说：“他是一个让你无法预知将来还会做出什么创造性工作的科学家。这是一个科学家具有潜在创造力、影响力、引领力的标志。”
以下是《赛先生》根据现场录音和演讲PPT整理的演讲全文，标题为编者所加，全文已由谢晓亮教授审阅。
女士们、先生们：我今天的讲座内容跨度会比较大，从物理学到化学、生物、医学。著名的物理学家理查德·费曼（Richard Feynman）在《费曼物理讲义》开篇说过：“如果要用一句话来描述我们拥有的最重要的科学知识，这句话应该是：所有物质都是原子组成。”原子在宇宙中比比皆是，但是如果只有独立的原子，我们的世界会变得非常无趣，没有生命、没有爱。
原子间的相互作用导致分子的产生，分子们进行化学反应，产生新的分子，这才有了生命。
那么如果要用一句话，来形容过去半个多世纪生命科学的主要进展，这句话应该是什么？我想应该是：生命过程可以在分子水平上得到解释。
20世纪90年代初，我在美国太平洋西北国家实验室开始了我的独立研究生涯，带领一个团队研究在常温下用荧光来检测单个分子。当时的研究非常令人兴奋，有几个小组在竞争，去年因为超分辨率荧光显微技术获得诺贝尔化学奖的两位科学家Eric Betzig和W.E. Moerner那时也在做同样的事。
1994年7月，我第一次在《科学》杂志上发表了文章，研究单分子的动态过程。在此前的研究生和博士后阶段，我还没在《科学》或《自然》杂志上发表过文章。这篇文章是和我的第一个博士后Bob Dunn合作的。当我们把这些技术发展起来以后，我有了一个预感，单分子技术在生物化学和分子生物学上将有重要的应用。
大家知道，20世纪最重要的生物学发现是沃森（Watson）和克里克（Crick）解出遗传分子DNA的双螺旋结构。DNA是由四种碱基（A、T和C、G）配对构成的。遗传信息储存在碱基的序列里。单分子酶学也具有实际应用意义。
比如有人做了与我们类似的实验，造出了两个单分子DNA测序仪，其中一个美国加州的公司做的Pacbio测序仪，通过监测单个合成DNA的酶分子，将有荧光标记的四个碱基逐个加入到DNA模版上，以直接读取DNA分子的序列。这个技术的特点是它能够测很长的DNA序列。
在基础研究领域，单分子生物学增进了我们对许多生物大分子工作机理的深入了解，让我们在活细胞里直接观测蛋白质分子的逐个产生。分子生物学的中心法则告诉我们，在DNA上的遗传基因会转录成mRNA，在翻译过程中mRNA导致蛋白质的合成。由于一个基因在单个活细胞里只有1到2个拷贝，基因表达过程就跟单个酶分子反应一样，也是随机发生的，所以单分子生物学与单细胞生物学是密切相关的。
基因突变也是这样。这个基因型和表型的关系跟我生活中最大的奥秘是相连的，我的两个女儿是同卵双胞胎。同卵双胞胎被普遍认为有相同的基因组，我的双胞胎女儿确实非常相似，但她们也有各自的特点，也许这跟基因表达的随机性是相关的。最近却有研究表明，同卵双胞胎的基因组实际上是不一样的，因为我们的基因都是随时间变化的。不管怎么说，基因型和表型的关联是生物学中非常重要的一个问题。
生物遗传学起源于孟德尔的遗传法则。
孟德尔是一位牧师，他的伟大是去世之后才被人们认可的。几个月前，我应邀在捷克做了一个“孟德尔讲座”，有幸在他曾经工作过的修道院做了报告。孟德尔的实验是把绿色的豌豆和黄色的豌豆杂交，开始是用纯种豌豆杂交，杂交的结果还是绿色的，后来他把两个杂交出的绿豌豆再次杂交，就发现有1/4的几率可以得到黄色的豌豆。
通过这个实验，他推断每个豌豆有2个等位基因，分别来源于上一代，一个是显性基因（绿色），一个是隐性基因（黄色）。
后来人们发现，人类也遵循类似的遗传法则。人的体细胞与豌豆一样，正常情况下都是双倍体，有46条染色体，其中23条来自父亲，23条来自母亲。染色体存在于细胞核内，是46条不同的DNA分子。它们有60亿对碱基，携带2万个基因。基因组的主要变化是点突变（SNV）和基因拷贝数的变化（CNV）。
我们每个人之间的不同就是由于点突变，也就是单碱基发生了变化。60亿对碱基中大约只有千分之一的碱基在人与人之间是不同的。
2001年人类基因组计划完成，也就是这30亿对碱基的顺序被测定了，这是人类历史上的一个里程碑，意义重大。
当时美国的一个私人公司（领导人是Craig Venter）和美国组织的国际团队（领导人是现任美国国家卫生局主任Francis Colon）展开了激烈的竞争，他们分别在《科学》杂志和《自然》杂志上发表文章。这项工作花了30多亿美金，用的测序方法是第一代电泳测序技术。以这个技术为基础研发的第一代测序仪由美国公司ABI生产，该产品是产学研结合的范例。
新一代测序仪对医学的贡献是革命性的，它使个体化医疗成为可能。什么是个体化医疗？就是通过个人的基因组测序，为预防、检测和治疗疾病提供个体化的解决方案，所以基因测序成为了个体化医疗的基础。一个著名的例子是，美国好莱坞影星安吉丽娜·茱莉公开宣布她切除了乳房，因为她知道自己携带一个有缺陷的基因BRAC1，她的医生估算过，她有87%的几率患乳腺癌，50%的几率患卵巢癌。
利用MALBAC技术，我们可以选择一个染色体正常的受精卵来提高生育成功率，特别是对高龄产妇。这是可能的，因为她们染色体不正常的几率并不是100%，即使在43岁以后，妇女仍然有正常的卵细胞，只不过几率小一些。即使是50多岁的妇女，只要有一个染色体正常的受精卵，不管是本人的还是别人捐献的，她怀孕的成功率就和年轻妇女一样。也就是说有一个好的卵子是正常生育的前提条件。
MALBAC技术可以同时避免染色体不正常和非常严重的基因点突变导致的遗传疾病，使得我们可以提高生殖的成功率，得到健康的后代。能否在更广泛的情况下使用这类技术？比如是否应该筛选掉得癌几率高的BRAC1基因，它导致癌症的几率是70%，而不是100%，我们能不能让父母决定婴儿以后的命运？我认为这不是我们科学家或者医生能解决的问题，整个社会应该进行伦理上的研究和讨论。
最后总结一下今天的讲座。
DNA是以单分子的形式存在于每个细胞中的。因此，基因组的变化是随机的。这也使得单细胞和单分子水平上的检测成为必需。单细胞基因组学是单分子技术与基因组学的交汇之处。在单细胞中测基因拷贝数以及单个点突变，现在不仅已成为可能，而且真正成为了一项日益重要的技术。精准医学是个体化医学的一个新提法，最早由美国总统奥巴马提出，大家对它有各种各样的解释。
我们和乔杰院长合作的工作是精准医学的生动案例，有什么比一个细胞更精细？比一个碱基更准确？单分子手段使得我们能够在单个分子的层面上检测、理解并改善生命过程。作为一个做基础研究的科学家，我热爱我的研究工作。科学家都希望研究成果能够造福人类，但是基础研究成果转化为临床应用是非常不容易的。我感到自己非常幸运，有机会与乔院长的团队合作，使我们的科学工作能够为有遗传疾病的家庭带来福音，我感到由衷地高兴。