构建中华民族基因库

黎　曦

2001年2月12日，中、美、日、德、法、英等6国科学家和美国塞莱拉公司首次联合公布人类基因组图谱及分析结果。目前已有10亿个碱基对的序列达到6个标准。这预示着一个生物世纪的到来。中国科学家在新世纪里，将继续对中华民族基因进行不懈的研究。而他们在20世纪末为中国也是为世界建立起的中华民族基因库，正在并永久地为人类基因组图谱的分析研究作出贡献。

基因的故事：30亿个碱基里隐藏着人类全部遗传信息和生命的秘密

至2001年2月，建在中国云南大学最大的云南少数民族基因库已存放了23个民族的DNA基因样本，据了解， 这个基因库是目前国内外采集样本最多、品种最为齐全的。在这间试验室里，科研人员把采集来的血样经高精密的容器处理后，分类存放在超低温的储藏室里，用以科学研究。云南省少数民族众多，特殊的地理环境又使各民族之间长期隔离，形成了云南少数民族遗传结构的多样性和民族背景的单一性。云南也因此成了中国乃至世界人类遗传资源最丰富的地区。那么，此前的中华民族基因库的建立情况又是怎样的呢？

科学用实证告诉我们生命的元素是DNA（脱氧核糖核酸）。DNA在遗传机制上决定了我们的长相和可能发生的疾病甚至十分微妙复杂的行为。在中科院人类遗传所，记者拜访了曾从事过人类细胞遗传学研究，现从事人类群体遗传学研究，已掌握EB病毒转化等建立永生细胞技术的研究员徐玖瑾老师。徐老师生动通俗的解说，让记者对有关基因知识有了进一步的了解。现代遗传学家认为，基因是DNA分子上具有遗传效应的特定核苷酸序列的总称，是具有遗传效应的DNA分子片段。基因位于染色体上，并在染色体上呈线性排列。基因不仅可以通过复制把遗传信息传递给下一代，还可以使遗传信息得到表达。不同人种间之所以头发、肤色、研究、鼻子乃至性格等不同，就是基因差异所致。人类只有一个基因组，大约有5—10万个基因。而决定人类生命的因素只有两种，一是DNA的遗传结果，二是环境因素使DNA发生的演变或异变。基因的奥妙实在不可一言概之。徐老师举了一个例子说，人和大猩猩的基因99%几乎是相同的，差异十分小。但人类和大猩猩表现出来的结果的差异却如此之大。的确，不同的人种、民族基因都是相同的，只是基因频率的不尽相同而已。比如属于蒙古人种的藏族，从基因频率来看，与北京汉族的距离最近；从聚类关系看，又介于维吾尔族、哈萨克族和满、汉族群体之间。

科学研究表明，人类主要组织相容性白细胞表面抗原（HLA）是已知的人类遗传系统中最具多态性的。且其等位基因的变化与免疫功能密切相关。HLA复合体包括100多个基因座共554个等位基因。显然，研究不同人种不同民族的HLA基因遗传构成，对于追溯其起源和演化，探索与HLA关联的自身免疫性疾病基因，造福人类，都具有重要意义。关于人类基因组计划和中国人类基因组计划；

55个少数民族基因是中华民族基因库乃至世界人类基因库的重要资源

自80年代以来，全世界的人类学家、遗传学家、民族学家几乎都在共同关心起同一个问题：那就是建立世界各地人群的基因库。因为民族和隔离群的消失速度正呈加速度地消失。如果等各民族基本上分散、融合、消失后，再要建立目前存在的这些民族、分支与隔离群的永生细胞库肯定为时已晚。今年6月以来，随着人类基因图谱的完成，这项可能对人类以及人类在宇宙中的地位等固有的社会和神学观念发起挑战的科学突破的实现，使得普通人开始去关注起人类基因组计划和中国基人类因组计划的内容。人类基因组计划是美国科学家于1985年率先提出的，其计划皆在阐明人类基因组30亿个碱基对的序列，发现所有人类基因并搞清其在染色体上的位置，破译人类全部遗传信息，使人类第一次在分子水平上全面地认识自我。1990年，这项价值30亿美元的计划正式启动。随即，英国、法国、意大利、加拿大、日本、丹麦等国都以政府名义制定了类似的“人类基因组计划”。这一计划的实施主要就是破译人类遗传的全部信息，揭开生命与疾病之谜。目前人类已肯定的单基因遗传疾病和性状已达6678多种，另外还有众多的多基因遗传病如冠心病、高血压、糖尿病、癌肿、自身免疫性疾病等，以及至少3000多种不同方式的染色体异常引起的染色体病尚待研究。打个比方，人类全部的遗传信息像一部谁也暂时不完全读懂的天书，人类基因计划的目的就是要研究出破译这部天书的密码。以往传统的观点认为疾病的发生与一个人的抵抗力的强弱有关系，那么对致病基因或疾病易感基因的揭示，将建立全新的基因水平的诊治方法，进而推动整个生命科学的发展。现在，基因治疗已被医学所采用。人类基因计划应当算是人类文明史上的科学创举。以致于可以与工业革命和人类登月相媲美。

很明显，占了世界近1/4人口的中国如果不参加人类基因组计划将会令人遗憾。56个民族是研究人类基因组多样性的宝贵资源，尤其是部分地区由于地理位置的限制，基因的外向流动较慢，某些少见的遗传性状和疾病基因可以从这些地区的大家系中获得。而中国多民族人群（56个民族）是研究人类基因组多样性和疾病相关基因珍贵的材料。中华多民族基因组的比较研究也将对阐明各民族间的源流关系和疾病防治具有重要意义。随着改革开放的深入，民族间通婚增多，这就使得必须血亲三代是同一个民族且聚居地相同的DNA采样保存成为非常迫切的问题。由此也可看出，人类基因组计划及资料中假如没有中国人的数据，就不能代表全人类。1993年，中科院遗传研究所人类遗传研究组的研究员杜若甫和蒙古族人类遗传学留日博士金锋一起起草了《关于建立中国人永生细胞库的报告》，正式向中科院申报。在报告中，他们提出：在十年内，中国人永生细胞库拟拥有100个人群、每一人群25—30株、总共2500—3000株永生永生细胞株。因为中国有56个民族，而许多民族中有分支和隔离群，还有不少未识别民族，所以人群数绝不应只56个，而至少应达100个。在报告中，还提出了遗传所应承担的任务和研究方案、步骤。1994年1月中国人类基因组计划正式启动。作为国家自然科学基金重大项目的《中国不同民族基因组中若干位点基因结构比较研究》，在吴昊教授的鼎力支持下，投资300万元开始了艰难而意义深远的起步。参加中国人类基因组计划的科学家都堪称精英。其中中科院院士就有5位：除吴昊教授外，还有中国著名遗传学奠基者谈家桢、上海市人类基因研究中心主任陈竺，以及中国医学科学院院士强伯勤、中科院细胞生物学研究所教授施履吉、中科院植物生理研究所教授洪孟民。此外，还有不少中青年博士、硕士。1999年9月1日，中国正式加入国际人类基因组计划，成为第六个参与国也是唯一参与的发展中国家，负责中国部分的研究，即测定人类基因组全部序列的1%，也就是3号染色体上的3000万个碱基对。主要研究由中国科学院遗传所人类基因组中心、国家人类基因组南方研究中心和北方研究中心来完成。

而中国人类基因组计划的重大项目研究内容的子课题之一就是中华多民族基因组的保存。这种保存的意义根据《关于建立中国人永生细胞库的报告》的阐述来看应是以下几个方面：首先对中国来讲，基因库的建立可以使研究中国不同民族的遗传结构的工作得到不断继续和深入，最终有望解决中华民族的“源”与“流”的问题；其次基因库的建立，可以全面了解致病基因和易感基因在中国不同民族与人群中的出现频率。基因库可以为有关单位提供取之不尽用之不竭的研究材料，无需再去取样并断其样品“不纯”之忧。对于世界来讲，中国人永生细胞库的建立将为从DNA序列方面研究人类起源，尤其是人类是否起源于亚洲，可提供可靠的材料保证。同时也可以使中国人类遗传学研究与国际同步，并将中国各民族基因资源让世界分享。

三年半后的1997年，科学家们已经研究完成了南、北两个汉族人群和西南、东北地区12个少数民族（傣、景颇、德昂、藏、壮、黎、布朗、基诺、鄂伦春、达斡尔、鄂温克）共733个永生细胞株的建立。为抢时间，科学家们都把建立中华各“纯”人群的基因库（永生细胞库）作为当务之急，开始了艰辛而复杂的研究工作。

中国科学家把心血溶入自己的研究中，合力建起中华民族基因库，让世界共享中华民族基因库是以永生细胞株的形式来保存中国各民族的基因组。从80年代开始，中国一批有远见的生物科学家就已对DNA顺序及其功能进行了研究并取得了成果。同时中国少数民族人群的基因研究也在进行当中。科学家们对此研究得出一个重要结论：由于55个少数民族民族文化背景、生活习惯的差异以及一些民族间较少或严禁通婚，形成了遗传学上相对隔离的人群，他们的基因组是认识人类遗传多样性不可 多得的材料。比如在傣族中，患地中海贫血症的人较多，蒙古族一般不得猩红热等等。又比如在黎族聚居的海南岛有一年下大雨，许多人感染了来自牲畜粪便中的钩端螺旋体，但被感染者无一例外都是汉族，没有一个黎族。这说明在黎族人的遗传物质中有抵抗此种病的特点。相信其他各少数民族的基因中同样也存在各种不同的遗传特性和多态性。研究和破译出这些信息，其意义之大不言而喻。

中国幅员辽阔，各民族尤其是少数民族人群居住分散。而采样的性质又决定了科学家们必须经常前往偏僻地区和与外界相对隔绝的村落和民族村寨。除了翻山越岭、骑马步行，他们还面临着语言不通、一些少数民族观念相对守旧，对血看得十分神秘，不理解也不配合采样工作等困难。去过新疆伊犁、贵州松桃和其他少数民族地区采样的徐玖瑾研究员在对记者谈起取样经过时说吃不上饭、睡不好觉是常有的事。但少数民族的朴实憨厚、民族干部的积极配合、协助和美丽的民族地区风光深深感染和打动着她和一同下去的同行。科学家的使命感鼓励着他们加快研究进程的信心。对他们来说，采集到的血清三代必须是“纯净”的同一民族或同一地方的DNA样品仅仅是工作的一小部分，可保存的细胞株还必须具备成株、复苏、无污染三个条件方达到被保存的条件。实验过程需十分精细、反复研制最终才能制成细胞株。而能否都具备上述三个条件需要各个环节的因素配合。在科学家们辛勤的日复一日看似枯燥无味的实验中，一个个对人类具有重要价值的永生细胞株诞生了。中华民族基因库中，一共选择了40个民族。这些民族的人口都在100万以上，并具有一定的特色。每个民族〈人群〉一般选100个代表。被采集人的年龄在16岁至45岁之间。同一民族的100个代表之间没有亲缘关系。而个人的DNA分析结果不对外公布。如今，数十个民族的代表自愿留下的血样材料，已受到严格的处理。经过技术处理的数千株细胞就像“树”一样被保存在零下196摄氏度的液氮中。

主要承担着北方民族基因多态性研究工作的哈尔滨医科大学生物学教研室，在李璞、张贵寅、傅松滨等教授的主持下，共有8位博士、高级实验师及助教一起共同在北方少数民族如蒙古族、锡伯族、赫哲族、鄂温克族、鄂伦春族、达斡尔族的基因多态性研究方面完成了永生细胞株的建库工作。与已完成的南方少数民族如前文提及的傣族、景颇族、德昂族、藏族、壮族、黎族、彝族、布朗族、基诺族等南方民族永生细胞株的建库工作辉映，共同保存在中国人永生细胞库中。科学家们的目标是在今年完成10个人群中的永生细胞株建库任务。目前已完成了56个民族中的大约47个民族的基因组研究工作，并争取在国家“十五”计划期间把14个亚人群56个民族的永生细胞株建库工作完成。一些地方的医学院生物教研室及一些动物研究中心都参与了这些工作。比如记者通过长途电话采访的海南医学院生物教研室的医学遗传学讲师李冬娜就曾与海南医学院附属医院儿科的医师区彩莹、陈路一起承担了对黎族的采样、试验，建立海南黎族永生细胞库的工作。

2000年4月，是一个对中国人类基因组研究计划和国际人类基因组计划都具有非凡意义的日子。“中国与世界交换基因”行动根据国际人类基因组多样性委员会与中国签订的协议（即由中科院遗传所提供15个人群的150个代表细胞，同时中国将可得到世界1000人的细胞标本的协议），将苗族、彝族共20个人的细胞样本送往法国多样态研究中心（CEPH），永久地保存在国际人类基因组多样性委员会建立的一个细胞库内。这就意味着将来需要研究苗族、彝族人群的基因特点，这20个代表者的细胞将可随时复苏。6月，中国又向CEPH递交了北方民族中的5个民族的细胞系样本。而为这一协议的正式完成奠定下扎实的基础的是土家族的“纯”人种细胞株。这就是2000年的3月，由中科院遗传研究所首次将最新建立的中国土家族人群10株永生细胞递交设在法国的国际多态性研究中心去（CEPH）进行了检测、鉴定，并获得了成功。CEPH中心的首席科学家HOWARD CAEN教授称赞由中国科学家提交的永生细胞株十分健康、生长很好、支原体污染呈阴性。这也就标志着中国的永生细胞株建库技术已经达到了国际先进水平，为中华民族基因库的建立打下了坚实的基础。也正是在这一前提下，“中国与世界交换基因”的平等性行动才得以顺利进行。中国的人类基因组研究也因此与国际同步、接轨。

中国以土家族“纯”人种细胞株敲开了国际人类基因库的大门，这等于中国同时可以从CEPH中心索取来自世界各地的1000个细胞株的DNA及其相关资料进行研究。这些珍贵资料的获得，对开展中国的人类基因组计划，研究中华各民族基因组的结构和功能都具有重要的价值。和所有存入世界人类基因库内的细胞株一样，这些存放在零下196摄氏度液氮内被永久性保存的细胞株，将在未来被称为“后基因时代”里起到不论是正面的也许还有负面的作用，而这一切都不是我们目前所能想象得到的，这也正是人类基因工程之所以与工业革命和登月计划相提并论的原因。所不同的是，中国人类基因组研究的巨大成果，使得中国的科学家首次加入了人类生命的“登月计划”。这对于中国，对于中国的少数民族，可以说是具有划时代的意义。因为作为人类基因组工程一部分的中国人类基因组研究破译出的人类遗传密码基本数据，同世界各地其他的人类遗传密码基本数据一起，已经无偿供全世界研究者使用了。

人类基因组研究大事记

1990年10月：被誉为生命科学“阿波罗登月计划”的国际人类基因组计划启动。1999年9月：中国获准加入人类基因组计划，负责测定人类基因组全部序列的1%，也就是3号染色体上的3000万个碱基对。中国是继美、英、日、德、法之后第六个国际人类基因组计划参与国，也是参与这一计划的唯一发展中国家。12月1日，国际人类基因组计划联合研究小组宣布，他们完整地破译出人体第22对染色体的遗传密码，这是人类首次成功地完成人体染色体基因完整序列的测定。2000年3月14日，美国总统克林顿和英国首相布莱尔发表联合声明，呼吁将人类基因组研究成果公开，以便世界各国的科学家都能自由地使用这些成果。4月底，中国科学家按照国际人类基因组计划的部署，完成了1%人类基因组的工作框架图。5月8日，由德国和日本等国科学家组成的国际科研小组宣布，他们已基本完成了人体第21对染色体的测序工作。6月26日，科学家公布人类基因组工作草图。

中华民族基因组研究大事记（少数民族部分）

1993年：留法博士陈竺从法国人类多态性研究中心引进了“人工酵母染色体基因库”，使中国成为世界上第四个拥有最先进的基因文库的国家。1993年6月：经谈家桢教授为首的专家组论证，正式批准了国家自然科学基金“八五”重大研究项目——中华民族基因组若干位点基因结构的比较研究，从此开始了大规模对中国各民族基因组保存及多样性研究。至1997年底完成了中国12个民族（傣族、景颇族、德昂族、藏族、壮族、彝族、布朗族、基诺族、黎族、鄂伦春族、达斡尔族、鄂温克族）等733株永生细胞的建立，并展开了中国多民族基因组多个遗传标记的多样性的比较研究。1998年： 国家自然科学基金“九五”重大研究项目开始启动中华民族基因组结构与功能的研究，并得到科技部863项目及973项目的支持，对中国的维吾尔族、哈萨克族、侗族、景颇族等30个少数民族基因组进行了保存及多样性研究。2000年1月：中国人类基因组多样性研究小组首次将最新建立的中国土家族人群的10株永生细胞株递交设在法国的多样态研究中心（CEPH）进行检测、鉴定，并获得成功。这是中国人类基因组多样性研究迈向世界的重要一步，也是中国人类基因组多样性研究参与国际合作的开始。

人类基因研究新发现

在破译人类基因图谱的过程中，科学家又发现了许多关于人类基因的新现象。

──人类基因数目比原先估计的少很多，仅26,000-40,000个，令人大感意外。

──通过遗传累积下来的基因变种在男性体内比女性多一倍。

──仅1%-1.5%的人类基因带有制造蛋白质的指令，科学家原本估计这一比例为3%-5%。

——基因倾向于沿着DNA链延伸方向成群出现，好象城市被广阔的乡村分隔开一样。这种群集现象比科学家原先想象的还要明显。

——地球上人与人之间99.99%的基因密码是相同的。

──大约200个基因看来是人类的脊椎动物祖生存时由细菌插入的，如果获得证实，这将是一项令人吃惊的重大发现。