国际著名的生物物理学家、哈佛大学化学与化学生物学系讲席教授、美国科学院院士、北京大学生物动态光学成像中心（BIOPIC）主任谢晓亮日前获得美国生物医学大奖——阿尔伯尼奖。
颁奖前夕，谢晓亮教授应美国著名杂志《美国医学会杂志》（The Journal of the American Medical Association，JAMA）的邀请，发表了有关单分子技术与基因组学的评述，并对这两个领域与蓬勃兴起的精准医学的关系作了详细介绍。《赛先生》摘录了文章精彩观点以飨读者。
2014年，两个健康的试管婴儿来到人世，被视为“带动”单分子生物学技术的一大进步。
因为他们的健康有赖于出生前一项单分子层面的检测技术，该技术让他们减少了携带父母体内的遗传病基因的可能。这对于防患遗传病和整个生物医学都意义重大。在单分子生物学研究领域作出这样的技术创新，并将其应用于试管婴儿遗传性疾病的预防，正是谢晓亮成为首个阿尔伯尼奖华人科学家得主的原因。不过，如此重要的单分子生物学还是一个年轻的学科。
谢晓亮在最新发表于JAMA的文章中介绍，在过去20年里，单分子成像与操纵领域的进展迅速，孕育出一门基于观测单个分子理解生物过程的新学科——单分子生物学。在全世界许多实验室的推动下，这个崭新的领域改变了我们对于许多生物学问题的思考与理解，并产生出很多新知识。
谢晓亮与单分子生物学缘起于上个世纪90年代初。谢晓亮带着在室温下单分子成像的想法进入美国西北太平洋国家实验室，成为该实验室第一位中国籍科学家。
1998年，谢晓亮的研究组在《科学》上发表了对胆固醇氧化酶催化的研究（图1），这是一个单分子生物学的早期经典案例。胆固醇催化酶所含有的核黄素辅基在氧化态下是天然发光的荧光基团，而在还原态下则不发光，所以每一次荧光的“亮/灭”循环对应着一个酶分子催化状态的翻转。这一特点使得对单个酶分子反应的实时观测成为可能。
在基础研究领域，单分子生物学不仅在体外而且在活细胞内增进了人们对许多大分子系统工作机理的深入理解。继单分子酶学之后，谢晓亮又开创了活细胞中的单分子研究。谢晓亮解释说，一个基因在单个细胞中只有一个或者两个拷贝，基因表达的过程和单个酶分子反应一样，也是随机发生。因此，单分子生物学与单细胞生物学是密切相关的。
近年来，谢晓亮的研究团队对单个活细胞中mRNA和蛋白质分子逐个产生的随机过程进行了详细的研究，从而使得分子生物学的“中心法则”在单分子层面上得到了定量的描述。2006年，其在《自然》和《科学》发表论文，首次介绍在活细胞中逐个观察基因表达的方法，该方法让科学家们能够以前所未有的方式在单分子层面上研究基因调控。
约7000种单基因遗传疾病会严重影响人类健康，并对病人家庭和社会医疗体系产生沉重负担。例如染色体异常，即染色体层面上的拷贝数变异，是流产及许多遗传性疾病如唐氏综合症的主要致因。如果能够提前发现这些不好的基因变化，那么将减少人们受到病痛的折磨的几率。这些让单细胞基因检测成为被需要的技术。
谢晓亮在北京大学生物动态成像中心的团队与该中心的汤富酬团队、白凡团队、北医三院的乔杰团队以及北京肿瘤医院的王洁团队合作，成功地把MALBAC用于协助人工辅助生殖和癌症的研究。“把MALBAC用于协助人工辅助生殖和癌症的研究，两者皆对精准医学有着重要意义。”谢晓亮在上述文章中说。
谢晓亮在文章的最后强调了自己的核心观点，DNA以单分子的形式存在于每个细胞中，因此基因表达和基因组的变化是随机发生的，这也使得在单细胞和单分子水平上的测量成为必需。“单细胞基因组学发端于单分子技术与基因组学的交汇之处。”展望未来，谢晓亮写道，“在单细胞中进行精确基因拷贝数的计数以及基因点突变的检测现在不仅已成为可能，而且正在成为日益重要的技术。
这些手段使得科学家们能够在单个分子的层面上检测、理解并改善生命过程，也成为‘精准医学’的生动案例。”