距离科学家首次完成人类基因组的完整测序已经过去了近20年。这一历史性时刻让我们对人类DNA有了前所未有的了解，这种遗传密码决定着从眼睛颜色到患病几率的一切，解开了人类生命中一些最大的谜团。
20年后，尽管基因测序已经普及，但要实现这些进步在减轻和治愈人类疾病方面的承诺，仍有大量工作要做。
科学家和研究人员“实际上非常擅长阅读基因组，但我们在理解我们正在阅读的东西方面非常非常糟糕，”该研究的联合主任Lea Starita说布罗特曼巴蒂精确医学研究所他是华盛顿大学基因组科学系的研究助理教授。
但由于新的工具和方法的出现，这种情况正在改变，其中包括一种名为深度突变扫描的工具。这种用于确定遗传变异的强大技术在遗传学和个性化医疗领域引起了广泛的兴趣，它是1月13日和14日在华盛顿大学举行的研讨会和研讨会．
弗雷德·哈钦森癌症研究中心、霍华德·休斯医学研究所和华盛顿大学基因组科学系的进化和计算生物学家杰西·布鲁姆说:“我认为像深度突变扫描这样的方法最终将使我们能够制定更好的对策，包括疫苗和药物，这将帮助我们对抗甚至是这些变化非常迅速的病毒。”
研究病毒进化的布鲁姆将在布罗特曼巴蒂研究所(Brotman Baty Institute)和美国科学院联合举办的研讨会上发表主题演讲表型多重评估中心．
在这一期的GeekWire健康科技播客中，我们从Bloom和St亚博真人赞助意甲arita那里得到了对深度突变扫描的预览和更深入的了解。
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托德:主教让我们从精准医疗和个性化医疗的前景开始。你能给我们一个门外汉的理解，个性化医疗与我们大多数人在生活中遇到的药物有什么不同吗?
Lea Starita:精准医疗的目标之一是使用基因组序列，在医生面前的人类DNA序列，来告知最佳的行动方案，这将是为这个人量身定制的，考虑到他们的基因集和他们内部的突变。
结核病:一般来说，有些人可能会以某种方式对某些治疗产生反应，而另一些人可能不会。今天我们不知道为什么会这样，但个性化医疗是一种量身定制治疗或……
Starita:对个人而言。完全正确。这是一种个性化的药物，但你也可以将其扩展到传染病以确保你实际上是在治疗病人的病原体，而不是一般的病原体，如果你愿意的话。你怎么说，杰西?
杰西·布卢姆:当谈到传染病和其他疾病时，我将详细阐述Lea所说的。当每个人都受到同样的潜在疾病的折磨时，他们的病情并不一样，人们对治疗的反应往往非常不同。这显然适用于由我们自身基因变化引起的遗传疾病，比如癌症，也适用于传染性疾病。例如，流感病毒。不同的人会在同一年得流感，其中一些人会比其他人更严重，这是个性化的变化。显然，我们希望能够了解这种变化的基础是什么，以及为什么有些人在某些年份比其他人更容易生病。
结核病:作为一个社会，作为一个世界，我们今天在个性化医疗的发展中处于什么位置?
Starita:还是离起跑线很近了。例如，DNA测序技术已经发生了变革。我们有价值1000美元的基因组，对吧?所以我们实际上非常擅长阅读基因组，但我们非常非常不善于理解我们所阅读的东西。所以你可以想象你有一个人类基因组，它是30亿个碱基对乘以2，因为你有你的基因组的两个副本，一个来自你的母亲，一个来自你的父亲，在这里面会有数百万个变化，整个基因组都有一些拼写错误。我们现在非常、非常、非常——我用“非常”都用不够——不善于预测哪些拼写错误会与疾病有关或预示疾病，即使对于我们非常了解的基因也是如此。即使拼写错误发生在我们非常了解的基因组中，比如乳腺癌基因或类似的基因，我们仍然非常不善于理解或预测这些变化可能对健康产生的影响。
布卢姆:在我们的研究中，我们显然也对一个人的基因如何影响他们患传染病的程度感兴趣，但我们特别关注的是病毒本身也在发生很大变化。所以病毒会发生变化，事实上我们的基因都是不同的，这些变化会相互作用。在这两种情况下，它真的回到了Lea所说的，我认为我们已经达到了在很多领域，我们现在可以确定一个人的基因组序列，或者我们可以相对容易地确定一个病毒的基因组序列。但是仍然很难理解这些变化意味着什么。这就是我们想要达到的目标。
TB:在这种情况下，什么是深度突变扫描?
Lea Starita:突变是DNA序列的改变。DNA就是a, c, t和g。一些被称为变异的突变是无害的。你可以想到一个拼写错误或拼写上的差异不会改变这个单词，对吧?美国的灰色是G-R-A-Y而英国的灰色是G-R-E-Y。如果你在句子中看到它，它是灰色的。是颜色的问题。
但也有可能是一个拼写错误完全破坏了蛋白质的功能，在这种情况下，某人可能患有可怕的遗传疾病或者可能有极高的患癌症的风险，或者流感病毒现在可能对药物或类似的东西有抗药性，或者对你的免疫反应有抵抗力。或者，突变也可能是有益的，对吧?这就是进化的原因。这就是所有细菌的流感病毒如何进化成抗药性或获得一些生存所需的新的酶功能。
布卢姆:例如，在人类基因组突变的例子中，我们知道每个人都有相对于普通人的突变。有些突变会产生重大影响，有些则不会。非常传统的方法——或者说人们最初试图理解这些突变的作用的方法——是对一群人的基因组进行测序，然后进行比较。也许这里有得癌症的人，这里有没得癌症的人现在你看看在得癌症的组和没得癌症的组中有哪些突变，你会试着假设在得癌症的组中富集的突变与致癌有关。
这是一个非常强大的方法，但它也有一个缺点，那就是有很多突变，而且在非常非常大的人群中观察成本非常高。因此，像深度突变扫描这样的技术的想法是我们可以简单地做一个实验，我们自己测试所有的突变，我们不需要做这种复杂的人群水平比较来得到答案。因为当你比较人口中的两个人时，他们往往在很多方面都是不同的，这不是一个很好的控制比较。然而，你可以在实验室里建立一些东西，你有一个基因，有这个突变，没有这个突变，你可以真正直接看到这个突变的影响是什么。事实上，人们已经做了几十年这样的实验了。深度突变扫描的新颖之处在于你可以同时对很多突变进行实验。
Starita:它被称为深度，因为我们试图犯每一个可能的拼写错误。所以氨基酸序列或核苷酸序列的每一个可能的变化，也就是A, C, t和g，在整个基因或我们正在观察的序列中。
布卢姆:假设我们要比较我和丽娅，弄清楚为什么我们中的一个患有某种疾病，而另一个没有。我们可以比较我们的基因组，它们之间会有很多差异，我们并不知道是什么差异造成的。我们甚至不知道这是否是他们基因组的变化造成的。这可能是我们的环境发生了一些变化。所以深度突变扫描背后的想法是我们只取一个基因。在Lea的案例中，她研究了一个与乳腺癌相关的特定基因，我们只需要对该基因中所有的个体变化逐一进行测试。然后，如果我们看到一个突变有一些影响，如果我们在对某人的基因组测序时观察到这个突变，我们就会知道它有什么作用。
Starita:深层的突变扫描，深层的部分正在做出所有可能的改变。我们在实验室里的Excel文件里有所有这些信息，这些信息表明这种突变很可能会对蛋白质的功能或它所编码的蛋白质的活性造成损害。制造所有可能的突变。这就是深度的来源。
结核病:你到底是怎么做到的?是因为计算机处理技术的进步还是因为方法的改变使得你可以观察到的不同突变数量的增加?
布卢姆:我想说的是，有很多技术都得到了改进，但真正关键的是，整个实验可以一次性完成。传统的，如果你要回到几十年前做这样的实验的方法，就是拿一根试管，假设把正常或未突变的基因变体放在里面，然后用另一根试管，把你关心的突变基因放在里面，然后在这两根试管上分别做一个实验，效果很好。
但是你可以想象如果你有1万个管子，它可能会变得有点困难。所以我们的想法是，人们已经非常擅长测序所有这些基因组，你也可以用同样的方法一次性进行所有这些测量。这个想法是你现在把所有不同的突变体放在同一个试管里然后以某种方式建立实验，这是整个实验的关键部分，建立实验这样细胞或病毒或你所观察的任何东西，它在试管里的生长情况取决于突变的影响。然后你就可以用测序来读出所有这些突变的频率是如何变化的。你会看到一个好的突变，比如说帮助细胞更好地生长，在试管中更有代表性，而一个坏的突变在试管中不那么有代表性。通过这样做，原则上你可以一次性将数万甚至数十万甚至数百万个突变组合在一起，并在一个实验中全部读出。
Starita这是由给了我们价值上千美元的基因组的同一场革命所实现的。我们现在使用的这些DNA测序仪，并不是真的用来测序人类基因组，但我们把它们用作非常昂贵的计数机。所以，我们正在识别突变，并计算它。这就是我们使用测序仪的基本目的。我们没有对人类基因组进行测序，而是将其作为一种工具来计算这些细胞中所有不同的DNA片段。
结核病:深度突变扫描处于什么发展阶段?
Starita:它始于大约10年前。最初的几篇论文发表于2009年和2010年实际上来自华盛顿大学的基因组科学系。这些都是从短序列和非常简化的实验开始的，我们多年来一直致力于将突变扫描构建成更好、更准确的模型系统，但这也增加了这些实验的复杂性。所以我们几乎从“嘿，你们做的这个实验很可爱”变成了人们在临床遗传学等方面使用的有影响力的工作。
结核病:当你在一个节日派对上，有人问你是做什么的，然后他们真的很投入，他们问你，“等等，不仅是个性化医疗，还有这种深度突变扫描的含义是什么?这对我的生活意味着什么?”
Starita:现在它还没有在临床中被系统地使用，但我们会接到来自华盛顿大学病理学的电话，说，“嘿，我有一个病人有这种变体。我们发现了序列变异这个病人有这种表型。在你的实验中，这种突变看起来像什么?”我们说，“嗯，它看起来有破坏性。”然后他们把所有的信息放在一起，他们可以回到病人身边，告诉他，“你患癌症的风险很高。我们将采取医疗措施。”这种情况已经发生过多次。我们现在正在努力弄清楚如何使用我们正在创建的信息。这些地图显示了突变对这些非常重要的蛋白质的影响以及如何系统地使用它们作为支持或反对其致病性的证据。现在有相当比例的人告诉他们，“好吧，你们已经改变了，但我们不知道他们做了什么。” We want those tests to be more informative. So you go, you get the test, they say, “That is a bad one. That one’s fine. That mutation is good. That one’s OK. That one, though. That one’s going to cause you problems.” We want more people to have more informative genetic testing because right now in a decent proportion of tests come back with an “I have no idea,” answer.
布卢姆:你也可以考虑影响某种药物耐药性的突变。对于很多很多类型的药物，包括抗病毒的药物，抗癌症的药物等等，病毒和癌症可以通过突变来产生抗药性，使它们能够逃离药物。在许多情况下，甚至有多种药物，你可能可以选择使用哪种药物，但你可能真的不知道是哪一种。临床医生的知识积累,这药物经常倾向于工作或你试试这个然后你试试另一个,但因为药物作用的效果可能是一般由要么假设癌症的基因突变或基因突变的人或病毒或病菌,如果你知道提前这些突变的影响,可以对哪些药物管理做出更明智的决定。真的不应该有一种药物只有50%的疗效;你可能只是没有让它处于正确的状态50完美的时间。我们希望能够一直为正确的情况选择正确的药物。
TB:这就是精准医疗的意义所在。
Starita:是的。
结核病:深度突变扫描作为一种工具。
Starita:为精准医疗提供信息。
布卢姆:这些深度突变扫描技术是由Jay Shendure和Stan Fields，以及Lea和Doug Fowler等人开发的，他们从人类基因组的变化影响我们对疾病的易感性的角度来研究精准医学的问题。实际上，我研究的是另一种情况下的突变，即感染我们并使我们生病的病毒的突变。这些病毒进化得非常快。就流感病毒而言，你应该每年接种流感疫苗。你必须每年接种疫苗的原因是病毒一直在变化，我们必须让疫苗跟上病毒的变化。针对流感或艾滋病病毒的药物也是如此。有时病毒会产生抗药性，有时药物会起作用。这与病毒中发生的非常迅速的基因变化有关。因此，我们正试图使用深度突变扫描来了解这些病毒的突变是如何影响它们的能力的，比如说，逃脱某人的免疫系统或逃脱可能用于治疗该人的药物。
结核病:你在这条路上走了多远?
布卢姆:我们正在取得进展。我们发现的一个关键问题是，相同的病毒突变可能对不同的人产生不同的影响。所以我们发现使用这些方法使病毒变异的方式有时会让病毒逃离一个人的免疫系统比逃离另一个人的免疫系统要好得多。所以我们现在正试图找出不同人群的异质性。希望这可以用来了解是什么让一些人对特定的病毒菌株敏感。
结核病:那么除了病毒的变化你的研究还会延伸到人类基因的突变吗?
布卢姆:你可以想象最终想要把所有这些组合放在一起，我们对此非常感兴趣，但我们现在关注的直接研究实际上可能并不是由人类的基因驱动的。以流感病毒为例，就像我说的，我们发现如果有一种病毒有某种特定的突变，它可能，比如说，允许它逃脱你的免疫系统但不允许它逃脱我或Lea的免疫系统。这似乎并不像我们认为的那样是由基因决定的，而是由我们的接触史决定的。就流感而言，我们并非生来就对流感病毒有免疫力。在我们的一生中，我们会建立这种免疫力，因为我们要么感染了流感，要么接种了流感疫苗，然后我们的身体会产生免疫反应，其中包括阻止病毒的抗体。我们每个人都有自己的个人历史，不是基因史，而是我们接种过哪些疫苗和感染过哪些疾病的生活史。因此，这将决定我们的免疫反应如何看待病毒。因此，我们认为这并不是遗传因素，而是历史因素。
结核病:以流感为例，这是否会导致未来的大图景，当我接种流感疫苗时，它与下一个人可能接种的疫苗不同?
布卢姆:我们最想做的就是利用这些知识来设计一种对每个人都有效的疫苗。这就是每个人都能接种的疫苗。但这是非常有趣的，我想在这一点上，我想说这几乎是在思想实验阶段思考这个问题。当你想到癌症的时候，就像Lea说的，你可以使用这些工具来了解人们什么时候有突变可能会使他们有患癌症的风险，但这实际上是一件很难干预的事情，对吧?即使你知道他们有患癌症的风险，要防止他们患癌症也不是那么容易。但显然，如果人们能够做到这一点，他们会愿意花很多钱去做，因为癌症是一种非常严重的疾病，你通常有很长的治疗窗口期。
像流感病毒就在另一端。如果我有无所不知的能力告诉你三天后你会感染流感，你会病得很重，我们就可以预防这种情况。我们现在有基本的技术来防止这种情况，如果没有别的什么，只是告诉你涂一堆净化剂，不要离开你的卧室。但实际上也有一些很好的干预措施，包括预防流感的药物，效果很好。但关键是，现在我们认为世界上的每个人都一直处于流感风险中，你不可能一直对世界上的每个人都进行治疗。人太多了，任何人都有可能…
Starita:市面上没有那么多达菲。
布卢姆:没有那么多，还有它的风险……所以我认为，在某种程度上，我们可以真正确定在任何给定的一年里谁的风险最大，这可能会让我们以更有针对性的方式使用这些干预措施。这就是我的想法。
结核病:深度突变扫描是如何潜在地导致这种结果的呢?
布卢姆:是的。所以的想法,在这一点上,这是在研究阶段,但这个想法是如果我们可以确定说某些人或某些人口,因为他们的免疫力,比方说,工作使他们很容易出现病毒变异发生在这个特殊的一年,我们可以在某种程度上表明他们更危险,或者像你说的,设计一个疫苗是专门为他们工作。这就是我的想法。我要说明的是，目前还没有人会考虑把它应用到经济实践中，因为它背后的概念都非常新。但是我认为,有很多潜在的如果我们认为这些传染病与其说是神的旨意,你正好……有人打喷嚏你当你走在街上,但实际上突变病毒之间的复杂的相互作用和自己的遗传或免疫系统,我们可以开始确定谁可能更某些事情在某些年的风险,这将至少打开门使用很多干预我们已经有了。
Starita:第一年是三年前，一些非常热情的研究生创办了它。基本上，这就像是一个大型的实验室会议，每个对这个领域感兴趣的人都来了。有人在推特上发布了这个消息，然后突然加州大学旧金山分校的人来了，我们就想，“搞什么鬼?”这很棒，我们都在谈论这项技术以及我们是如何使用它的。第二年，Brotman Baty研究所来了，我们想，“好吧，也许我们可以用一些捐款来支持这个项目，我们可以开一个更大的会议。”然后在一个大礼堂里有200人，那很棒。今年，它是一个为期两天的研讨会和研讨会，它也是由国家人类基因组研究所的拨款共同赞助的。但现在我们有数百人，所以大约有200人，他们从世界各地飞来。我们邀请了演讲者，研讨会在周二，是一个更实际的，“如果你对这个感兴趣，你怎么做这些实验?”
TB:是什么推动了对深度突变扫描的兴趣?
布卢姆:我们开始掌握关于所有事物的大量基因信息。回顾几十年前，即使是确定单一流感病毒的序列都是一件大事。确定人类基因组的序列是完全不可想象的，对吧?如果你不知道那里有什么突变，你就不会真正关心它们做什么。现在我们可以确定数以万计的流感病毒的序列。我的意思是，这一直在发生，我们可以确定成千上万的人类基因组的序列。所以现在，就像Lea说的，从仅仅得到这些序列到理解你在这些序列中观察到的突变对人类健康意味着什么真的很重要。
更多信息请访问这个网站1月13日和14日在西雅图举行的布罗特曼巴蒂精确医学研究所和深度突变扫描研讨会和研讨会。如果你在西雅图地区，研讨会是免费参加的，研讨会还将进行直播，并在会后提供存档视频。
