精确医学强调多种组学数据整合,从某种程度上,这也体现了生命科学领域新兴交叉学科“系统生物学”的精髓。另外,环境因素亦不可忽视,人体肠道中的菌群与我们的健康有着千丝万缕的关系。只有通过系统地把握外在的环境因素以及内在遗传特征,精确医学的目标才得以实现。
国内在介绍和讨论精确医学时,大多只强调基因组序列分析的重要性,给人造成一种“基因组测序”是精确医学必由之路的幻象。但事实上,“十八般武艺齐上阵”的策略才是精确医学真正倡导的。
系统生物学是精确医学的“抓手”。
精确医学所强调的多种数据整合策略正是体现了生命科学领域新兴交叉学科“系统生物学”的精髓:首先是要把生物系统内基因、蛋白质等不同种类的分子组成成份整合在一起进行研究;其次,对于多细胞生物而言,系统生物学还要实现从分子到细胞、组织、个体的各个层次的整合。
系统生物学的指导思想是整体论和系统论,认为生物体是高度复杂的庞大系统,不能只考虑局部,某一类分子,甚至不能仅考虑一个层次,需要从多层次和多因素相互作用的全局性角度进行整合研究,才能完整地认识和揭示生命的复杂生理和病理活动。
为什么要系统获取人体信息?生物复杂系统最主要的特点是,每个活动都是众多不同的基因、蛋白质、代谢小分子之间相互作用的结果;生物体内找不到“单干户”,全是“工作团队”。
需要强调的是,这种观点引出了整体论与还原论在看待生物分子功能时的重要区别。整体论者认为,生物分子的功能不是确定不变的,而是取决于具体环境下与其发生相互作用的其它分子。与之相反,还原论者认为,每个特定的生物分子具有某种固定不变的生物学功能。
不可忽略的环境因素。人体的体内和体表存在大量的细菌。有研究者甚至把肠道菌群基因组称为“人体第二基因组”。
据估计,人体肠道菌群基因组的基因总数大约是人类基因组的100倍,有近300万个基因。可以说,只有把肠道菌群基因组和人类基因组结合在一起,才算是完整的人体遗传全景图。近年来,越来越多的研究工作表明,肠道菌群作为人体复杂系统的一个重要组成部分,广泛参与了机体的各种生理和病理活动。例如,有研究指出,肠道菌群中一种名为核粒梭菌的细菌能促进结直肠癌的形成。
显然,要想完整地认识和有效地解决复杂性疾病,不仅需要研究人体自身的基因、蛋白质、细胞和组织,而且对隐藏在机体内肠道菌群的研究也不可或缺。
美国精确医学的研究策略。为落实奥巴马总统2015年初提出的精确医学计划——建立100万美国志愿者人群的精确医学队列并采集相关信息,美国政府提出了一个“精确医学先导专项”。
从以上对两份美国精确医学报告的介绍来看,美国人正是把整合型研究策略作为开展相关研究工作的“抓手”。这种整合型策略注重从个体有关层次尽可能完整地获取数据,包括个体的微观层次、个体的宏观层次、个体的外部层次;然后对这些不同层次的数据利用各种信息分析技术进行整合,形成一个各个信息层之间不同类型数据有着高度连接的疾病知识网络。