细胞与基因组

每一个多细胞生物体都是从一个单细胞而来的，其中包含了各种复杂、精细的指令，不仅要合成、调节细胞，而且要让所有细胞得到发育，然后这些细胞将构成一个生物体。所有指令都被编码在第一个细胞的DNA中，这再次说明基因组十分复杂，每个细胞的表达必须根据其功能的不同以特定方式进行控制。来自人体组织的每个细胞（如肌肉、肺、心脏、肝脏）都具有独特的表观遗传特征，如前文所言，这说明我们可以通过基因调控的方式来维持组织的特定功能。

我们对独特细胞、细胞类型总数的认识仍在不断发展。先前的估计表明，人体中独特的细胞类型约为300种，但来自人类细胞图谱的最新研究表明，可能存在数千种细胞类型和亚型，每一种都具有特定的生理状态，对刺激反应具有独特功能。但是，即使是同一细胞类型的细胞也并非完全相同。细胞表面分子的“呈现”会根据内部变量发生根本变化，如基因突变，表观基因组、转录组和蛋白质组的改变，以及外部刺激，包括药物和与其他细胞的相互作用。当一个癌细胞在细胞表面创造一个全新分子时，这种新抗原的表现最为明显。鉴于其独特的表现形式，人类无法在正常细胞中观察到它的存在，这为更安全的癌症疗法提供了一个独特的方向。

人体中大约有30万亿个人类细胞和另外30万亿～40万亿个细菌细胞，总共有大约70万亿个细胞。如果你的身体是一个民主国家，那么人类细胞通常会占少数，你（作为人类）将永远无法赢得选举。无论你如何度过你的星期天，你的身体里、皮肤表面和周围都有很多微生物，这些微生物构成了地球上的大部分细胞。

虽然细菌基因组的规模较小（细菌基因组具有2兆～10兆碱基对，而人类基因组有3.1千兆碱基对），但它们的生化活动与人类细胞同等重要，有时甚至比人类细胞起到的作用更大。据李·胡德（Lee Hood）的推测，人体中36%的小分子由微生物群制造、处理，同时大约有25%针对人类疾病设计的药物将会对人体微生物细胞的生长和生物过程产生影响。因此，治疗疾病并非仅仅针对单一个体，而是对所有生命领域的全部细胞进行治疗。

然而，这只是研究疾病和预测治疗反应的巨大复杂性的一个方面。我们对生物学复杂性的深入了解，催生了预测模型和针对特定患者的定制疗法等新的医疗模式。精准医疗和个性化医疗中心已在世界各地普及，其目标是以正确的剂量，在准确的时机，向病人提供准确的治疗。精准医疗在癌症的定制治疗方面取得了非凡的突破，特别是对白血病和肺癌进行的治疗。医生找到癌症的“阿喀琉斯之踵”，通过精准抹杀癌细胞而不伤害非恶性细胞的方法，对病人进行精准治疗。针对传染病和元基因组学（*译者注：Metagenomics，又称宏基因组学、总体基因体学，是一门直接取得环境中所有遗传物质的研究。涉及的研究领域广泛，也可称为环境基因体学、生态基因体学、群落基因体学）方面的工作，以及针对不分种类的所有DNA的工作，使“精准元基因组学”成为可能。因此，我们可以将特定病人与抗生素匹配，发现致病的未知因素，从而不断地获得新的经验。对元基因组学开展研究之后，我们在肿瘤内微生物中有了意外发现，这些微生物能够代谢化疗药物，并产生耐药性。因此，需要先用抗生素杀死细菌细胞，然后才能针对肿瘤细胞进行靶向治疗。这些治疗方案代表了治疗领域发生深刻转变，也代表了医学“跨界生物学”的新视角。如今，要想成为一名优秀的人类遗传学家，就不能仅局限于研究人类的DNA，因为来自所有生命王国和所有非人类细胞的DNA，都将对每个人产生影响。

如果你是一个只研究人类DNA的人类遗传学家，这无疑是最糟糕的。无论微生物学还是肿瘤学，仅仅关注一个领域并认为众多生物过程可以单独起作用，是不可取的。大多数生物学书籍从进化和历史的角度，将生命的三个王国展示为独立的分支，但在临床和生物学背景下，这种观点具有误导性。人类的体内细胞丰富（细菌、病毒、真菌、其他细胞、DNA），每个生命领域之间都流动着源源不断的信息。正因如此，人类必须被作为一个动态的、跨领域的生命网络来测量和建模。疾病、健康和生物学的正确建模与细胞、物种、生命王国的起源无关，我们应关注人体系统中细胞制造的所有分子，这些分子之间会不可避免地相互作用。上述观点对于如何设计基因组，以及怎样将其输运至其他行星等问题，起到至关重要的作用。