北大谢晓亮教授：单分子技术透视生命之谜
2012年和2013年，由北京大学几个研究团队联合完成的世界上第一篇关于人类男性和女性高精度个人基因图谱的论文相继在《科学》和《细胞》杂志上发表。与以前的技术相比，本工作中使用的单细胞DNA扩增技术MALBAC大大提高了单细胞全基因组测序的准确性，从而可以发现单个细胞之间的遗传差异。
MALBAC技术是由北京大学生物电影中心主任、哈佛大学终身教授、美国科学院院士谢晓亮领导的团队发明的。他们的工作不仅极大地拓展了单细胞基因组学的研究技术，而且给现代医学带来了革命性的突破，是“精确医学”的最佳范例。
2014年下半年，通过与唐·傅佥教授的BIOPIC团队和北京大学第三医院院长巧姐团队的合作，两对携带致病基因的夫妇在微生物技术的帮助下成功产下了健康的婴儿。此外，MALBAC技术也被用于探索肿瘤患者的个体化诊断和治疗方案。
2015年7月18日，谢晓亮应邀在“未来论坛”上发表题为“单分子水平上的生命——通向精确医学之路”的演讲，回顾并展望他对单分子基因组学和生物医学应用基础研究的探索。
北京大学生命科学院的饶毅教授在现场说:“1998年，谢晓亮的第一个基础研究工作是单分子酶学。他开始在单分子水平上研究生命过程。近年来，他开始探索在医学上的应用。现代医学传入中国后，在现代医学领域只有少数发现。现代医学技术中唯一的发明和应用是与唐、三个团队合作生产的“马尔巴克婴儿”。"
中国医学科学院院长曹雪涛认为，谢晓亮的MALBAC技术可以改变整个生物医学，它对未来精密医学的发展和应用的贡献是无限的。
“有许多人获得了终身职位，但很少有科学家能够真正在人类历史上留下印记，尤其是在科学技术史上。谢晓亮是一位真正的一流科学家，他通过将理论与技术相结合以及用技术解决科学问题来领导整个科学界的发展。”曹雪涛评论说:“他是一个科学家，他让你无法预测你将来会做什么创造性的工作。这表明科学家有潜在的创造力、影响力和领导力。”
以下是基于现场录音和PPT的演讲全文。全文已经由谢晓亮教授审阅过了。
女士们先生们，
我今天的讲座将涵盖广泛的主题，从物理到化学，到生物，到医学。
著名的物理学家理查德·费曼曾经说过:“如果我们想用一句话来描述我们所拥有的最重要的科学知识，这句话应该是:所有的物质都是由原子组成的。”宇宙中原子比比皆是，但是如果只有独立的原子，我们的世界将变得非常无聊，没有生命和爱。原子之间的相互作用导致分子的产生，分子经过化学反应产生新的分子，从而产生生命。
因此，如果用一句话来描述过去半个世纪左右生命科学的主要进展，那应该是什么？我认为应该是:生命的过程可以在分子水平上解释。
单分子成像技术开启研究生涯
我在北京大学读本科时学过化学，而生物学只在美国学过。我于1985年离开北京大学，来到加州大学圣地亚哥分校攻读物理化学博士学位。我从小就喜欢做事。在美国，我用超快激光研究化学反应动力学。
在化学和生物化学教科书中，分子相互作用和化学反应总是在单个分子的水平上描述，但是到目前为止，我们几乎所有的化学知识都是从包含大量分子的实验中获得的，分子的数量大到摩尔量级。一摩尔是2克氢分子的分子数，称为阿伏伽德罗常数。阿伏伽德罗是意大利化学家和物理学家。虽然他定义了阿伏伽德罗常数，但他只知道它是一个非常大的数字，直到他去世才知道它有多大。现在我们知道阿伏伽德罗常数是6.023×1023，这是一个天文数字。我估计，一摩尔一立方毫米的沙子如果散布在中国的土壤上，可以形成60米深的沙漠。
20世纪90年代初，我在美国太平洋西北国家实验室开始了我的独立研究生涯，领导一个团队研究在室温下使用荧光检测单个分子(见上图)。当时的研究非常令人兴奋。几个团体在竞争。去年因超分辨率荧光显微术获得诺贝尔化学奖的两位科学家埃里克·白兹格和W.E .默纳当时也在做同样的事情。1994年7月，我第一次在《科学》杂志上发表了一篇研究单分子动力学过程的文章。在之前的研究生和博士后阶段，我没有在《科学》或《自然》上发表文章。
这篇文章是与我的第一个博士后同事鲍勃·邓恩合作写的。当我们开发这些技术时，我预感到单分子技术将在生物化学和分子生物学中有重要的应用。所以我们开始研究酶。
酶是生物过程的催化剂，加速生化反应。我们将荧光胆固醇氧化酶分子固定在99%的琼脂中，防止它们游动，这样我们就可以长期观察胆固醇酶催化的胆固醇氧化。
这种酶有两种状态。在氧化态，它有天然荧光。在还原状态下，它不发光。酶作为生物催化剂，在这两种状态之间循环，最终不会改变。因此，当我们观察单个酶分子的荧光时，荧光的每个“开/关”对应于酶分子催化状态的一个循环。这是我们第一次实时观察单个酶分子的化学反应。在单分子水平上，化学反应随机发生，即化学反应发生的等待时间是随机分布的，不同于具有大量分子的系统中的反应，后者具有可预测的结果。因此，单个酶分子的荧光强度随时间的曲线将不会在下一个实验中重复，尽管该曲线的统计结果可以重复。
因为这份工作，哈佛大学给了我一个高级教授的职位。这项工作很重要，因为许多生物大分子，如DNA，以单分子或少量分子的形式存在于细胞中。这项工作使人们能够实时观察单个分子的生化反应。
众所周知，20世纪最重要的生物学发现是沃森和克里克解决了遗传分子DNA的双螺旋结构。DNA由四个碱基(A，T和C，G)配对组成。遗传信息储存在碱基序列中。
单分子酶学也具有实际应用意义。例如，有人做了一个类似于我们的实验，创造了两个单分子的DNA测序仪。其中一种是由美国加州一家公司制造的Pacbio测序仪，它通过监测单个合成DNA的酶分子，并将荧光标记的四个碱基逐一添加到DNA模板上，从而直接读取DNA分子的序列。这项技术的特点是可以测量非常长的DNA序列。
在基础研究领域，单分子生物学增强了我们对许多生物大分子工作机制的深入了解，使我们能够直接观察活细胞中一个接一个蛋白质分子的产生。分子生物学的核心原理告诉我们，DNA上的遗传基因被转录成mRNA，从而导致翻译过程中的蛋白质合成。
由于单个活细胞中只有2个基因拷贝，基因表达过程与单酶分子反应相同，也是随机发生的，因此单分子生物学与单细胞生物学密切相关。我们对单个活细胞的基因表达进行了非常详细的研究，从而能够定量描述分子生物学的核心原理。
上图右侧的细胞具有相同的基因和基因组。我们说它有相同的基因型，但是它们有不同的表型。一个有荧光，另一个没有荧光。这种细胞从一种表型到另一种表型以及从没有荧光的状态到有荧光的状态的变化可以证明这一过程完全是由单个蛋白质分子从单链DNA上随机分离引起的。我认为这是一个非常普遍的现象。单个分子的小概率事件可以导致非常重要的生物学结果。
基因突变也是如此。这种基因型和表现型之间的关系是我一生中最大的谜团。我的两个女儿是同卵双胞胎。一般认为同卵双胞胎有相同的基因组。我的双胞胎女儿确实非常相似，但是她们有自己的特点。也许这与基因表达的随机性有关。最近的研究表明，同卵双胞胎的基因组实际上是不同的，因为我们的基因都随着时间而变化。总之，基因型和表型之间的联系是生物学中一个非常重要的问题。
打破基因组之谜
生物遗传学起源于孟德尔遗传定律。孟德尔是一位牧师，他的伟大是在他死后才被认识的。几个月前，我应邀在捷克斯洛伐克做“孟德尔讲座”。我有幸在他曾经工作过的修道院做了一次演讲(见下图)。
(右图显示了孟德尔的豌豆田，上面有他的雕像。)
孟德尔的实验(见左图)是将绿色豌豆和黄色豌豆杂交。起初，纯豌豆被用于杂交。杂交的结果仍然是绿色的。后来，当他再次将两颗绿色的豌豆杂交时，他发现有1/4的机会得到黄色的豌豆。通过这个实验，他得出结论，每颗豌豆有2个等位基因，一个是显性基因(绿色)，另一个是隐性基因(黄色)。
后来，人们发现人类遵循相似的遗传规则。像豌豆一样，人体细胞通常是二倍体，有46条染色体，其中23条来自父亲，23条来自母亲。染色体存在于细胞核中，是46种不同的DNA分子。它们有60亿个碱基对，携带20，000个基因。(编者注:人类基因组由分布在23条独立染色体上的30亿个碱基对组成。人体细胞是二倍体，有46条染色体，而生殖细胞是单倍体，有23条染色体。体细胞中的两组染色体分别来源于父亲和母亲，它们含有略微不同的碱基，因此整个人类基因组包括大约60亿个碱基对。
基因组的主要变化是点突变(SNV)和基因拷贝数变化(CNV)。我们每个人之间的差异是由于点突变，即单碱基的改变。在60亿个碱基对中，只有千分之一是因人而异的。另一个基因组变化是基因拷贝数的变化(CNV)。一般来说，基因的拷贝数应该是2，一个来自父亲，一个来自母亲，形成两个等位基因。但有时，尤其是当癌症发生时，拷贝数会变成1、3或4，这被称为染色体异常。
人类基因组计划于2001年完成，即确定了30亿个碱基对的序列，这是人类历史上的一个里程碑，意义重大。当时，美国的一家私人公司(由克雷格·文特尔领导)和美国组织的一个国际团队(由弗朗西斯·科隆领导，现为美国国家卫生局局长)竞争激烈。他们分别在《科学》和《自然》杂志上发表了文章。使用第一代电泳技术，这项工作花费了30多亿美元。这项技术获得了1980年的诺贝尔奖，由弗雷德·桑格(1912013)发明。这是一种通过测量DNA长度进行测序的传统方法。
基于这项技术开发的第一代音序器是由美国ABI公司生产的。该产品是生产、教学和研究相结合的典范。加州理工学院的勒罗伊·胡德教授和他的研究生迈克·汉卡普勒首先在他们的实验室里修改了传统的DNA测序方法，将电泳应用于毛细管，用激光代替放射性的DNA监视器，然后建立了ABI公司。这是一家车库公司，但后来这家公司很快垄断了世界音序器市场。克雷格·文特尔，刚刚提到的参与人类基因组计划测序的私营公司的*，购买了250台这样的仪器来完成人类基因组的测序。
克雷格·文特尔的科学贡献是组装了人类的基因库。他发明的方法是非常有趣的“猎枪”。例如，我想知道《三国演义》中单词的顺序，但我只能得到一行行的断句。文特尔的方法是找到许多《三国演义》的副本，并把它们分成几行。因为它们是随机的，所以每一行的断点是不同的。于是，《三国演义》的原文序列可以通过重叠千千的一万个片段得到(见下图)。当时，没有人认为这种方法是可行的，文特尔坚信8%到90%的人类基因序列可以从这种方法中获得。虽然不是100%，但已经很了不起了。
十多年过去了，音序器技术发展很快。自2007年以来，新一代的DNA测序仪相继出现，主要是因为电荷耦合器件的应用使人们能够在许多不同的位置观察到大量的序列，提高了测序产量。因此，排序价格的衰减比指数衰减快。现在，如果你想测试你的基因组，它可以在一天内完成，价格约为1000美元。Illumina的仪器占据了90%的市场。第三代测序仪是一种单分子测序仪，但它在成本、准确度和产量方面无法与基于大量分子的DNA测序仪竞争。
我的哈佛实验室也做了一个排序器，但是我们开始的比较晚，因为当我们到达哈佛的时候，我们必须学习如何成为一名教授，如何教学，以及如何申请资金。我们只发表了一篇文章，没有形成产品。目前，中国没有自己的音序器，但正如中国需要自己的飞机一样，中国也需要自己的音序器。我和北京大学的黄教授合作这项工作已经有几年了。
哈佛实验室的新发明
新一代测序仪对医学的贡献是革命性的。它使个体化医学成为可能。什么是个性化医学？正是通过个体基因组测序为疾病的预防、检测和治疗提供了个体化的解决方案，因此基因测序已经成为个体化医疗的基础。
一个著名的例子是好莱坞女演员安吉丽娜·朱莉公开宣布她被切除了乳房，因为她知道自己携带了一个有缺陷的基因BRAC1。她的医生估计她有87%的机会患乳腺癌，50%的机会患卵巢癌。她宣布乳房切除术的那一天是2013年5月13日，当时我在美国卫生部回答一份申请。我的实验室有一项技术可以让父母避免将严重的遗传疾病传给胎儿。听到朱莉的消息后，审查委员会问我，如果我的技术被用来避免将有缺陷的基因传给下一代，这合乎道德吗？当时我没有考虑过，但是这个项目不是在美国开始的。至于伦理问题，我今天仍然没有一个好的答案。然而，今天我想告诉你，我们在北京大学的一份工作在过去的两年里在道德上是可以接受的。
这项新技术对我来说是一项新的单分子实验。如果你给我一个人的体细胞，我可以告诉你这个人的基因组，也就是46条染色体的序列。
我们曾经测量多细胞，抽取10毫升血液进行测量。那我们为什么要测量单个细胞的基因组呢？由于各种原因，每个细胞的基因组是不同的。例如，人类生殖细胞(精子和卵子)在分裂过程中经历随机重组，使每个生殖细胞不同。此外，癌细胞基因组的巨大变化也导致了原发肿瘤细胞之间的高度差异。
刚才有人说细胞中最常见的基因组变化包括点突变和基因拷贝数变化。这种变化是单个分子的变化，所以它是随机的，不同的细胞不同步，不知道它何时发生，也不知道它在哪里发生，所以每个细胞都有不同的基因组，这使得单细胞测序是必要的。只是以前技术上不可行。到目前为止，还没有一种单分子测序仪能够对46条染色体从头到尾进行测序。我们必须利用单细胞基因组的扩增，即扩增46条染色体，然后进行高通量测序。
第一种方法是聚合酶链反应(聚合酶链反应)，它获得了1985年的诺贝尔奖，并且具有高灵敏度的单拷贝。在犯罪现场，只要我们得到一个DNA分子，我们就能把信号放大到检测点。然而，如果用于覆盖整个基因组，指数扩增覆盖率仅为6%。因为聚合酶链反应技术是指数扩增，一个DNA变成两个，两个变成四个。这种指数放大过程不够精确，因为它复制了拷贝。一旦拷贝出错，错误就会被传递，结果也会不准确。
2012年，我在哈佛实验室发明了一种新的单细胞扩增方法——“多重退火循环扩增法”。它最大的优点是线性放大，而不是指数放大。它不复制DNA拷贝，我们只复制原始DNA。这就像复印机把一份原始文件复印成多份。如果一个拷贝是错误的，它在扩展产品中是无关紧要的。即使单个细胞的30亿个碱基对中有一个是错的，我们也能看到，而且没有假阳性。该方法比以前广泛使用的多重置换扩增法更准确地检测SNV(点突变)和CNV(拷贝数变异)，覆盖率大大提高到93%。
这项工作是由我在哈佛大学实验室的博士后宗和我当时的博士生卢思佳完成的。目前，宗在贝勒医学院担任助理教授。陆思佳在哈佛的博士论文是关于MALBAC技术的。他想看看他的毕业论文的社会影响，所以他两年前回到中国，成立了一家从事单细胞测序的公司——益康基因公司。他目前是益康基因的首席技术官。
当时我们做的第一个实验是对一个精子进行测序。精子作为生殖细胞，是单倍体，有23条染色体，其中一半基因来自父亲，一半来自母亲。
如图所示，绿色是亲代DNA，红色是母代DNA，每条染色体都是父母基因的组合。每个精子的序列是不同的，因为基因组合在不同的地方交叉。这就是兄弟姐妹不同的原因。
这项工作是与我以前的传记片同事李瑞强教授合作完成的。精子来自一位中国教授。我们检查了他的99个精子，发现了几个染色体异常的精子细胞，其中一个缺少19号染色体，另一个有2个6号染色体的拷贝。幸运的是，这个人仍然是正常的，因为任何正常的男人都会有~ 5%的精子具有异常的拷贝数。这种异常是由于细胞分裂时染色体不正常分裂。这种染色体异常的精子可导致生殖障碍、流产、胚胎流产或唐氏综合征等遗传病。尽管父母看起来非常健康，但仍有5%的可能出错。对于男性来说，5%的几率不会随着年龄而改变。然而，对于一个女人的卵子，染色体异常的概率在30岁之前是25%，然后随着年龄的增长而迅速增加，在40岁时达到70%。这导致生殖机能障碍和流产率随年龄增长而增加，生殖成功率随年龄增长而下降。
利用MALBAC技术，我们可以选择染色体正常的受精卵，以提高繁殖成功率，尤其是对高龄产妇。这是可能的，因为她们的染色体异常的概率不是100%，即使在43岁以后，女性仍有正常的卵细胞，但概率较小。即使一个50多岁的女性有一个染色体正常的受精卵，不管是她自己捐赠的还是别人捐赠的，她的妊娠成功率都和年轻女性一样。换句话说，拥有一个好的卵子是正常繁殖的先决条件。
中国是一个人口众多的国家，出生缺陷率高，遗传病患者数量大，约为1%。也有越来越多的不孕夫妇，高达10%的育龄夫妇。全国约有1000万对育龄夫妇患有不孕症，这正逐步成为一个严重的社会问题。此外，随着现代化进程的推进，第一次生育的年龄正在逐渐增加，并且这个问题将变得越来越严重。不孕症和遗传病不仅给患者带来巨大痛苦，也大大增加了家庭、社会和*的负担。
马尔巴克婴儿的诞生
世界上第一个试管婴儿诞生于1978年。迄今为止，已有600多万儿童通过试管婴儿技术出生。试管婴儿的创始人罗伯特·爱德华兹于2013年去世。然而，直到2010年，也就是他去世前两年，他才获得诺贝尔奖并被授予爵士头衔。我能想象那时他的研究工作有多困难。这不仅仅是一个技术难题。
中国第一个试管婴儿于1988年在北方医科大学第三医院出生。它由张丽珠教授完成。她现在是北方医科大学第三医院的院长，也是著名妇产科医生巧姐教授的导师。当时张教授比爱德华兹晚10年，而这一次乔治院长走在了世界的前列。为了将单细胞基因组学应用于生殖医学，我与院长、唐教授和益康基因公司进行了合作。唐福觉是北京大学生物医学中心年轻有为的科学家。BIOPIC成立于2010年，致力于用技术促进生物医学研究。作为传记片的导演，在过去的几年里，我一直往返于北京大学和哈佛大学之间。我们的合作是如何开始的？那时，我需要一份关于精子运动的报告。我向乔总统寻求帮助。乔总统了解了我们的技术后，他说你不仅应该研究精子，还应该研究卵子，因为研究女性比研究男性有趣得多。2010年，我们成立了“北京大学生物医学光学成像中心”，旨在以技术促进生物医学研究。
我们要做的实验是对单个卵细胞进行高精度的全基因组测序分析。下图显示了一个卵母细胞，其中有两个来自父亲的DNA和两个来自母亲的DNA。正如我刚才所说的，重组过程中基因的连接是不同的，使得每个卵子和精子都不同。在卵母细胞成熟过程中，第一极体和第二极体将作为卵母细胞减数分裂的产物在附近产生。它们分别是二倍体和单倍体。这两种极体细胞是无用的，在生殖细胞发育过程中会被降解。为了不影响受精卵的正常发育，我们选择了分析两个极体细胞的全基因组来推断受精卵的全基因组是否正常。
第一个异常情况是染色体拷贝数异常。原因是细胞分裂时染色体分裂异常，即使父母完全健康。这种染色体异常会导致生殖障碍或遗传疾病，如唐氏综合症。
还有一种情况是，如果父亲或母亲的基因发生轻微变异，导致严重的遗传疾病，它们也会传给下一代。如果突变的基因只存在于极体中，而受精卵没有点突变，那么什么也不会发生。如果它被转移到受精卵中，它将导致下一代遭受遗传疾病。
利用MALBAC技术扩增单细胞基因组，可以同时检测和避免上述两种情况，提高生殖细胞健康发育的成功率，避免遗传病的发生。具体方法是用激光打一个小孔，插入毛细管，吸出两个极体细胞进行测序。如果疾病是从母亲那里遗传的，我们将使用这种方法。如果疾病是由父亲遗传的，我们将在受精的第5天取3个胚泡细胞进行测序。
2013年，乔院长在易贝医学院第三医院开始临床试验，利用MALBAC技术进行胚胎遗传诊断。我们的第一个病例是一名患有遗传性多发性软骨瘤的男性患者(HME)。从他10岁开始，他几乎每两三年就长一个肿瘤，所以他的身体充满了金属。这种疾病是由一个名为EXT2的基因的单碱基杂合性缺失引起的，导致了代码转移突变。与孟德尔推测的豌豆遗传相似相似，他和正常女性所生的后代有50%的几率患病。与pea实验不同，这是一个关乎生命的问题，不能犯任何错误，所以我们特别需要MALBAC技术的准确性。
通过体外受精技术，共获得夫妇18个胚胎。经病原突变位点检测和染色体筛查，共发现7个胚胎无点突变和染色体异常。乔院长从中选择了第4个胚胎进行移植。
2014年9月19日，世界上第一个马尔巴克婴儿诞生了。当我们去看婴儿时，她是如此完美，她没有哭，一直对我微笑。
第二个病例是一名携带少汗性外胚层发育不良突变基因的妇女。她和她的丈夫已经有了一个遗传了这种疾病的儿子。他们没有头发、汗腺和牙齿。他们希望第二次出生时有一个正常的孩子。这种疾病的发病率是十万分之一。美国电影演员迈克尔·贝里曼也患有这种疾病。他没有头发、汗腺或指甲，一直呼吁医学界研究他的遗传疾病。这种致病基因EDA1位于X染色体上。如果一个男孩出生，患病的概率是1/2。如果女孩出生，疾病不会发生，因为女孩有两条X染色体，致病基因EDA1是一个隐性基因，但女孩有1/2的概率携带这一致病基因。
通过体外受精技术，共获得夫妇5个胚胎，其中2个胚胎未携带致病基因或染色体异常。乔院长选择了最适合移植的那一个。孩子出生于2014年11月30日。这是正常的，绝对不会把疾病传给后代。
综上所述，MALBAC技术可以同时避免由异常染色体和非常严重的基因点突变引起的遗传病，从而提高繁殖成功率，获得健康的后代。
想要孩子的朋友可能会想，我们能不能利用这项技术来选择胚胎，让孩子拥有更漂亮、更聪明的基因？首先，基因组学还没有发展到我们可以非常清楚地知道哪些基因控制外貌，哪些基因控制智力的程度。这不是单基因问题，而是多基因问题。我们现在正在做的是避免非常严重的遗传疾病。目前，世界上约有7000种单基因遗传病，常见疾病有400多种。避免这种遗传病在伦理上是可以接受的。
这种技术能在更广泛的背景下使用吗？例如，是否应该筛选出具有高癌症风险的BRAC1基因，并且导致癌症的概率是70%，而不是100%。我们能让父母决定孩子未来的命运吗？我认为这不是我们的科学家或医生能解决的问题。全社会都应该进行伦理研究和讨论。
MALBAC的第二个应用是癌症。在中国，癌症的发病率和死亡率逐年上升。根据2012年的统计，中国每年约有312万新发癌症病例。中国人一生中患癌症的概率高达22%，死于癌症的概率为13%。
癌症是由基因组变化引起的疾病。许多癌症的主要问题都需要单细胞基因组学。首先，个体化治疗，即靶向治疗，是为了对症下药，通过测序找出基因组的变化。现在许多新药都是靶向治疗。
癌症很难治愈，高死亡率的主要原因是肿瘤转移。其机制是癌症首先出现在原发病灶，然后通过血液循环扩散到身体的其他器官。然而，癌症患者血液中肿瘤细胞的数量非常少，通常只有少数，而传统的研究方法往往是基于大量细胞进行分析。因此，我们的单细胞测序技术可以应用于循环肿瘤细胞的研究。患者的另一个优点是抽血分析的检查是非侵入性的，并且不需要活检。北京大学肿瘤医院的王杰教授、生物芯片的白帆教授、天津医科大学的张宁教授与我的实验室共同参与了这项工作。
我们在一名肺癌患者的几毫升血液样本中发现了总共8个循环肿瘤细胞，对它们的基因进行了测序，并在基因组的不同位置发现了点突变。这种突变信息为个性化治疗提供了重要依据。然而，这8个循环肿瘤细胞的单碱基突变是异质的——也就是说，每个细胞是不同的，这对于癌症检测来说意义不大。
我们也看到了拷贝数量的变化。正常体细胞中基因的拷贝数为2，癌细胞高于或低于2。实验表明，同一肺癌患者的8个循环肿瘤细胞表现出高度一致的拷贝数变异模式。更有趣的是，同一种癌症的基因拷贝数模式对于不同的患者来说是相同的，这显示了很好的前景。我们可以通过分析循环肿瘤细胞的拷贝数模式来推断癌症的类型。最近，我们与张宁教授合作，发现乳腺癌、肺癌、前列腺癌、结肠癌和胃癌有不同的基因拷贝模式(如下图所示)。因此，现在我们想用这些发现来做无创性的癌症检查，希望能收集更多的循环肿瘤细胞，这样癌症的早期检测才有可能。
最后，总结今天的讲座。DNA作为单个分子存在于每个细胞中。因此，基因组的变化是随机的。这也使得单细胞和单分子水平的检测成为必要。单细胞基因组学是单分子技术和基因组学的交叉。测量单个细胞中的基因拷贝数和单点突变不仅是可能的，而且是一项越来越重要的技术。
精确医学是个体化医学的新名词，由美国总统奥巴马首先提出。对此有多种解释。本周，我参加了中国精密医学专家会议。会议给出了一个定义:精确医学是指应用现代遗传学、分子影像学、生物信息学、临床医学等方法和手段，通过大样本研究、生物医学尤其是组织学数据，以及“个体患者”在基因型、表型、环境、生活方式等方面的特异性，在疾病分子机制知识体系的基础上，制定个性化的精确预防、精确诊断和精确治疗方案。
我们与巧姐总统的合作是精确医学的一个生动案例。什么比细胞更脆弱？比一个基地更准确？
单分子方法使我们能够在单分子水平上检测、理解和改进生命过程。作为一名做基础研究的科学家，我热爱我的研究工作。科学家们都希望研究成果能造福人类，但将基础研究成果转化为临床应用并不容易。我感到非常幸运有机会与乔总统的团队合作，这样我们的科学工作就能给患有遗传病的家庭带来好消息。我感到由衷的高兴。
我感谢我目前在哈佛和传记电影公司的团队，以前的研究生和博士后，以及我的合作者和传记电影公司的同事。没有他们的努力，我今天不能讲这样一个故事。