谢晓亮：回望“生命天书”破译25年，展望AI+基因组医学的未来

撰文｜谢晓亮

2026年8月24日至25日，昌平实验室举办“人类基因组序列草图发表25周年”国际研讨会，来自中国、美国、英国、瑞典等国家的30余位科学家齐聚北京，其中有15位各国院士。这是昌平实验室——第一个聚焦生命科学的国家实验室——首次在新园区举办大型国际会议，报告厅座无虚席。

作为这场生命科学革命的见证者，我从哈佛大学开始基因组学研究，2018年回到母校北京大学，如今在昌平实验室继续这一事业。正是对科学的热爱与对祖国的眷恋，让我在回望破译“生命天书”的25年之际，感慨万千。

人类基因组的角逐与其中的秘密

人类基因组常被比作“生命天书”。如果把人体比作一本书，基因组就是这本书的 “总说明书”。人体体细胞拥有46条染色体，其中23条来自父方，23条母方，其DNA分别携带两套遗传信息；各有30亿碱基对。碱基按A-T、C-G 配对。

它决定了我们肤色、身高等特征的遗传基础，也携带部分疾病的遗传易感信息。人类基因组计划1990 年启动，目标是读出这套序列。

这项计划原定2005年完成，DNA双螺旋结构发现者之一詹姆斯·沃森是该计划最早的领导人。沃森之后，弗朗西斯·柯林斯接棒，于1993年他领衔国际公共联盟，采取分段测序再组装的技术路线，力求构建准确、开放的人类参考基因组；来自美、英、日、法、德、中六国的数以千计科研人员接力攻关，投身这项跨国、跨学科的大科学工程。

竞争驱动科学进步。1998年企业家克雷格·文特尔创立塞莱拉公司，以大胆的“全基因组鸟枪法”向公共联盟发起挑战——直接将竞赛推上了高速轨道，倒逼人类基因组测序提前多年完成。关键时刻，时任美国能源部官员阿里斯蒂德斯·帕特里诺斯多方斡旋，促成2000年6月26日的历史一幕：柯林斯与文特尔并肩而立，美国总统克林顿和英国首相布莱尔共同宣布人类基因组工作草图完成。

“我们最终把一场难堪的争斗，变成了一次值得庆祝的合作。”帕特里诺斯在25年后的这次会上回忆。合作、包容化解了恶性竞争，实现了公共福祉与技术创新的双赢。遗憾的是，文特尔没能亲赴这次25年后的重聚。2026年4月29日，这位策马扬鞭的“科学狂人”溘然长逝。

我个人认为文特尔是美国生物医学体系里的“挑战者”，正是体系的包容，让他的才华有处施展，做出不可磨灭的贡献。同一时期的中国，也有类似的角色。

中国是唯一参与人类基因组计划的发展中国家。上世纪90年代，杨焕明等一批中国科学家积极争取，成立不久的北京华大基因研究中心获得国家支持，联合国家人类基因组南方、北方研究中心，承担了3号染色体约3000万碱基对的测序任务，约占人类基因组的1%。这1%不仅为中国赢得了平等参与计划、共享技术资源和数据的话语权，更培养了一批人才，为中国基因组学的跨越式发展埋下伏笔。

人类基因组计划带来了许多颠覆性的认知。比如，人类的共同祖先在数万年前走出非洲，逐渐迁徙至全球各地，最终演化出包括中国人在内的现代人类。又如，人类只有约两万个蛋白质编码基因，远少于此前的推测；而这些基因的编码区，即决定氨基酸序列的区域，只占基因组的2%。其余98%的非编码区序列的变异却影响着从身高、肤色，到癌症、阿尔茨海默病等各种慢性病的易感性。

“生命天书”从天价到“亲民”

人类基因组计划耗资约三十亿美元。完成仅几年后，新一代测序技术革命爆发，测序成本下降速度之快，甚至超越了半导体行业的摩尔定律。如果说人类基因组计划是“自上而下”的大科学工程，这场革命则是“自下而上”的技术创新：开创者是企业家乔纳森·罗斯伯格。他创立454生命科技公司，首创大规模并行DNA测序技术。他的测序仪像一个由海量“微型洗衣机”组成的矩阵——四种碱基被依次引入，配对成功即发出荧光信号被相机捕捉。

• 美国国家工程院院士、新一代测序技术开创者、4Catalyzer创始人兼首席科学官、耶鲁大学医学院遗传学兼职教授Jonathan Rothberg。 图源：耶鲁医学院官网

我有幸见证并参与了这场方兴未艾的技术革命。2006年，我应邀担任美国ABI公司的科学顾问，第一次听到“个体化医疗”的愿景——新一代测序仪可以用个人的基因组信息定制个体化疾病治疗方案，意义不言而喻。我的实验室随即改变了方向。

2011年，我的哈佛团队发明了化学反应步骤简单的“DNA荧光产生测序”法。那时我已频繁往返于波士顿和大洋彼岸的北京大学，与黄岩谊开始合作推动国产测序仪LumoSeq的研发。黄岩谊的学生们后来创业，结合最新的测序芯片重置技术LOOP，将测序成本降至数百元人民币的亲民价格。从依赖海外测序平台到自研测序设备，是我国科技自立自强的生动缩影。

在此次会上，罗斯伯格分享了他当年研发出二维测序仪的灵感来自陪伴病危的儿子；英国牛津大学教授、第三代纳米孔测序仪发明人海根·贝利说他研发的测序仪尺寸已缩小到比手机还小……正是测序技术的持续进步、操作的愈发简便、价格的不断下降，有望使测序仪广泛普及。

基因组医学的兴起

测序技术的突破，让基因组学从实验室走向临床。但读懂了语言，不等于会用语言做事。从“读”到“用”，还需要一次转化——把基因组中的变异和调控信息，转化为可用于筛查、诊断、预后判断和用药指导的临床决策依据。基因组医学，正是连接基因组科学与临床实践的一座桥梁。

基因组测序首先深刻改变了罕见病的诊断。2001年，《自然》杂志汇总的人类遗传病相关基因仅有923个；截至2026年，国际人类孟德尔遗传数据库中已有超过7500种遗传病表型被明确了分子基础。全基因组测序已成为许多医疗体系中的一线诊断工具。

癌症伴随诊断也是这场变革的先行者。通过分析肿瘤特定基因变异，医生能够为靶向药物和免疫治疗选择最适宜的人群，癌症治疗正逐步从“按部位用药”走向“按分子特征用药”。

癌症早筛是基因组医学开拓的另一前沿。美国GRAIL公司开发的Galleri多癌种早期检测技术，通过分析血浆游离DNA甲基化特征，尝试用一管血同时发现50余种癌症，并预测信号来源器官。围绕这一技术，美国和英国已开展了数十万人的临床研究。

英国建成了英国生物银行长期跟踪约50万名参与者，整合基因组、生活方式、影像和健康记录等信息。据官方公布，截至2025年，50万名参与者的全基因组测序数据已面向全球科学家开放。有人将其称为英国自DNA双螺旋结构发现以来最值得骄傲的生物医学成就。

过去25年，中国已经变成世界第二大经济体，中国的生命科学发生了翻天覆地的变化，中国科学家在这场医学变革中频繁担当，作出一系列具有世界影响的贡献。

1997年，香港中文大学教授卢煜明发现孕妇血浆中存在胎儿游离DNA，由此开创的无创产前检测已在全球应用超过1亿次，大幅减少了传统侵入性检查的风险。近年来，他将这一思路拓展至癌症早筛领域，团队开发的FRAGMA技术通过分析游离DNA的片段化特征来发现癌症信号。

2014年，北京大学联合团队的乔杰、汤富酬将我在哈佛实验室开发的单细胞全基因组扩增技术MALBAC（多次退火环状循环扩增技术）用于阻断遗传病的代际传递，世界首例MALBAC胚胎植入前遗传学检测健康婴儿在北京大学第三医院诞生。该工作的完成促使我于2018年全职回到母校北京大学工作。截至目前，该技术已使数万个患有单基因遗传病的家庭成功避免了疾病的后代传递。

最近团队又发明了一种基于胚胎培养废液的无创遗传检测方法（scm-LIANTI扩增和贝叶斯连锁分析），利用胚胎培养液中几个遗弃细胞的DNA识别单基因和多基因遗传病，并重建婴儿来自四位祖父母和外祖父母的全基因组遗传信息，同时大幅降低对受精卵可能造成的入侵检测伤害。

新冠疫情期间，昌平实验室年轻科学家曹云龙与合作团队依托高通量单B细胞测序和病毒变异预测技术，筛选出广谱中和抗体SA55，2022年底北京疫情高峰时，该抗体挽救了上千名老人的生命，且至今对所有新冠病毒谱系保持中和活性。曹云龙因此入选《自然》2022年度十大人物，并荣获2025年度国家自然科学奖二等奖。

此次会上，曹云龙代表昌平实验室癌症早筛团队报道了新进展：利用新的底层技术检测游离DNA的甲基化和片段化特征，结合国产化测序平台，大幅降低了早期癌症筛查的综合成本。“让更多普通人用得起”——这正是科技惠民的生动注脚。

25年来，中国科学家已从基因组学的参与者成长为国际主流的贡献者——科技自立自强，已不只是期许。

展望生物医学大数据和人工智能的新时代

《科学》主编霍尔顿·索普在会上坦言：“人们曾期待基因组草图解开大量难题。草图的确带来了答案，但它引出的疑问更为繁多。”如果说测序技术让我们读到了生命天书的“文字”，人工智能则正在帮助我们理解它的“语法和含义”——从海量数据中识别致病机理，理解疾病与衰老，助力新药研发，成为生物医药的新范式。当前以人工智能生物技术推动的新一轮技术革命迅猛发展。中国科学家和科研机构正以饱满的热情投入其中。昌平实验室正在把生物大数据与人工智能的结合作为生物医药的核心引擎。

《自然》主编玛格达莱娜·斯基珀在会上深情寄语：“人类基因组计划证明，有些伟大的科学事业，只有通过多中心、跨国界的合作才能实现。”25年后回望，我们纪念的不只是一项科学工程，更是各国科学家携手探索的合作精神。人类基因组计划是有史以来一个科学家、一个实验室、一个科研机构，甚至一个国家不可能完成的全球大科学计划的典范。习近平总书记指出：“世界已经进入大科学时代，基础研究组织化程度越来越高”，这正是昌平实验室的使命。总书记强调“科学技术具有世界性、时代性，是人类共同的财富。”

站在人类基因组序列草图发表25周年的历史节点上，我们坚信：自强不息是攀登科技高峰的动力，开放合作是攻克人类共同挑战的路径，科技向善是造福人类健康的归宿。愿基因组医学的进步温暖每一个家庭、照亮每一个生命，惠及中国及世界。

注1：本文原标题《生命天书和基因组医学——写在人类基因组序列草图发表25周年之际》。
注2：利益冲突说明——本文作者谢晓亮是中国科学院院士、昌平实验室主任、北京大学理学部主任，他同时是赛纳生物、亿康医学和丹序生物的联合创始人。