Hagan Bayley:让DNA慢下来
昌平实验室人类基因组25周年大会后,纳米孔技术先驱Hagan Bayley接受专访。从少年时被老师带进科学课堂,到参与创办Oxford Nanopore Technologies,再到今天把测序仪缩小到比手机还小,Hagan Bayley谈得最多的不是某一款产品,而是基础科学、耐心和一个很慢才被做通的想法。
他始终相信,真正能改变现实的技术,首先要把化学、物理和生物学中的问题做明白。产品可以被设计出来,但如果没有扎实的基础研究,便很难做出真正不同的东西。纳米孔测序的故事,在他看来正是如此。
七年,才把这个概念做通
Hagan Bayley在采访中谈到,公司创立之初十分幸运。首轮融资资金规模有限,但投资人愿意耐心等待,放手支持团队开展高风险研发。后续第二轮、第三轮融资也顺利接续。正是得益于这份耐心与包容,纳米孔测序的技术构想,依旧耗费了约七年时间才落地成熟。
这绝非依靠个人或是单一技术就能实现的事业。Hagan Bayley回忆,化学家、物理学家、生物学家、器件工程师与信号处理专家,必须将各自的研究成果相互融合、协同攻关。单个纳米孔虽能够验证原理,却无法支撑大规模测序。团队还需要将纳米孔阵列从最初约 500 个孔拓展至数千个孔,测序通量才能达到实用化标准。回望整个研发历程,Hagan Bayley更倾向于将其解读为技术、资本与人才携手守候,静待成果破土而出。
先让DNA慢下来
纳米孔测序最早遇到的障碍,听起来很简单:DNA快到难以捕捉。Hagan Bayley把这一步比作穿针,孔道必须足够精确,DNA才能进入;即使进入,每个碱基也是以微秒的速度通过,仪器来不及逐一分辨信号。
团队想出了巧妙的办法:利用酶充当棘轮,带动 DNA 一次移动一个碱基,把信号放慢上千倍。此前纳米孔只能识别小分子,没人确定长链 DNA 能否稳定测序。当四种碱基终于可以被清晰识别时,团队才确信这条路可行。
纳米孔不只读DNA
谈到未来的方向,Hagan Bayley似乎不太愿意给纳米孔技术划出边界。它可以读DNA,也可以读RNA,并有可能识别RNA修饰;蛋白质、多糖类和小分子也可能留下可被纳米孔捕捉的信号。当然,不同分子需要不同的孔道和不同的分析方法,许多问题仍在实验室里等待解决。
结 语
Hagan Bayley在采访中鼓励年轻人尽早接触科学:越早发现科学本身的趣味,越可能愿意把它当作长期投入的方向。如今,MinION测序仪已经缩小到比手机还小,也随着科学课程进入了青少年的视野。一个原本需要大型测序中心才能完成的任务,如今也可能成为年轻人亲手接触基因组学的入口。
Peter Campbell:人体是一本不断被修改的书
癌症基因组学权威、英国医学科学院院士Peter Campbell在访谈中,将研究问题从“肿瘤有哪些突变”推进到更深的一层:一个人的细胞在一生中如何积累遗传变化,这些变化如何在组织内部形成克隆,并在什么条件下与疾病发生联系起来。他曾任威康桑格研究所癌症、衰老与体细胞突变项目负责人研究,参与领导了泛癌全基因组分析项目(PCAWG)。
人体是一本被不断修改的书
体细胞突变是出生后获得的遗传变化,细胞分裂、DNA损伤和修复都会影响突变产生。随着时间推移,同一组织中的不同细胞可能携带不同的突变组合,形成相近但不完全相同的克隆。
Campbell 把人体比作一本持续被修改的书:我们出生时拥有一套种系基因组,但从胚胎发育开始,细胞谱系就在不断写入新的变化。这种变化不只发生在癌细胞中——正常组织也会出现带有驱动突变的克隆,有些可能扩张,有些则被组织环境限制。他强调,这种“器官内部的演化”不是物种演化的缩小版,而是个体体内的长期选择过程。某些突变可能帮助细胞扩张、逃避免疫清除或在慢性损伤中获得优势,但突变本身并不等于发现癌症。
独特性与趋同性并存
PCAWG 在分析了38种肿瘤类型、2600余个癌症基因组后发现,癌症同时具有“独特性”和“趋同性”——每位患者的肿瘤的突变组合都是独一无二的,几乎不会在另一位患者身上完整重现;但不同肿瘤又会反复出现相似的驱动基因改变和突变过程。前者说明个体化治疗的复杂性,后者则提示癌症演化并非没有规律。
对精准医学而言,困难在于从具体患者的独特肿瘤中,识别哪些变化参与克隆扩张、哪些只是伴随出现、哪些共同规则可被药物干预。这需要将基因组测序与功能实验、空间信息、治疗反应和长期随访结合。即使某个基因在多种肿瘤中反复突变,也不能仅凭频率证明它在每种肿瘤中作用相同。
癌症之外
体细胞突变和克隆选择是正常衰老的一部分,但它们是否参与心血管、免疫或其他年龄相关疾病,仍缺乏完整答案。不同组织具有不同的突变速度和环境选择,健康组织中的克隆扩张不一定会走向恶性肿瘤。未来研究需要追踪个体组织变化,并用实验检验突变对细胞功能的实际影响。只有把细胞谱系、组织环境和临床结局放在同一条证据链上,体细胞演化研究才可能转化为风险评估或治疗策略。