前言

我不确定自己对基因组的迷恋是从哪里开始的，但我确信自己知道这种迷恋为何会持续至今：破译基因组，解开我们的“生命密码”，是如此令人兴奋。我们之所以日复一日地尝试去破译这一密码，是因为它不仅关乎我们人类的本质，而且最终有助于我们找到治疗极具挑战性的遗传性疾病的线索，以帮助那些饱受遗传性疾病折磨的家庭，没有比这更有成就感的工作了。

20世纪70年代，我在苏格兰西部长大，小时候的我根本无法想象基因组科学会取得如今这样巨大的进展。那个时候，人们才刚刚首次破译一个微生物体的基因组。自那以后，我们了解到，基因组就是一个密码，将你和地球上每一个活着的有机体联系在一起，它包含着人类的历史，也铭刻着你自己家族的历史，可以追溯到几百年甚至几千年前。这个密码独一无二，古往今来无人与你相同（即便是你的同卵双胞胎），它包含了关于你的所有信息，从你最可能的身高、体重、头发颜色、眼睛颜色，到你对数千种疾病的易感性。基因密码也可以预测你的未来：你将怎样活着，又将因何死去。

所有这一切都记录在脱氧核糖核酸——DNA上。现在DNA已成为我们日常话语中很常见的词语，以至于它已经从一个科学术语演变成一种隐喻。比如，我们会说某个公司或者机构的DNA中具有某种特质，尽管这两者实际上都不是有机生物体，但我们想通过这句话表达的是：这种特质在这个公司或者机构中根深蒂固，就像双螺旋结构的DNA一样结构紧密，已经成了其本身的一部分。当我们把一个人的某些特征描述为“这种特征似乎在其DNA中”时，我们的意思是，这些特征是隐性的、根深蒂固的、与生俱来的。

DNA有两条链，呈双螺旋结构，且向右旋，由四种核苷酸沿着双链有规律地排列而成。这些“核苷酸”是生命的字母表：A、T、G和C四个字母构成了独特的代码，几乎储存在你身体的每个细胞中。你的基因组有30亿个碱基对、60亿个数据点，以及由两米长的分子压缩而成的23对染色体，如果你体内30万亿个细胞的DNA首尾相连，可以在地球和月球之间往返延伸数千次：这只是人之为人的一种形象化表述。

人类基因组计划实现了人类对基因组中字母序列的首次解读，这项计划耗时十多年，耗资数十亿美元，涉及多个国家，对10个人的DNA混合体进行了解码（实际上，最终只解码了两个人身上一半的基因组，不过后来就变多了）。而且，虽然解码首个基因组花费了数十亿美元，但经过不到20年的发展，现在人类基因组测序的成本比我每天骑自行车上班通勤的成本还要低。成本的急剧下降随即引发了一场科学大发现的热潮，同时也给医学界提供了一个治病救人的绝妙良机。此外，分子显微镜这一工具的出现可以帮助人们重新定义疾病，解开医学谜团，为那些失去亲人的家庭带来希望，也能给尚在人世的人提供更多的医疗防护。同样，分子显微镜也使我们对疾病有了更深层次的了解，并开始让医学治疗变得个性化。

在这本书中，你将了解到人类在基因领域所取得的巨大进步。从DNA的理论认知到解码人类首个基因组，再到通过对数百万个基因组进行测序以实现医学范式的转变，这一切都得益于人们的通力合作，以及在解读DNA和计算机程序应用方面取得的革命性进步。

现在想想，如果我年轻时知道自己会将毕生精力都奉献给人类基因组研究，一定会非常惊讶，尽管在某种程度上我也一直打算成为一名医生。10岁之前，每当学校里有同学膝盖受伤，需要人帮忙擦拭血迹时，我都是不二人选（我父亲是当地的医生，所以他们自然会来找我，而我姐姐自幼就宣称要当一名兽医，所以发现受伤的小鸟时，同学们都会去找她）。但我喜欢扮演学校里的小医生这个角色。12岁左右我就学会了急救，并成为同龄人中身体机能方面的（班级）常驻“专家”。我经常跑去父亲的诊所，坐在他的转椅上转圈，观察各种医用器具，我的专业知识也因此得到了强化。我当时对父亲的医用箱很是着迷，那个黑色箱子的高度差不多到我的膝盖，在我看来就像是一个微型“医院”，或者说是一个由小抽屉组成的宝库。打开抽屉，里面有针头、缝合线和一些我不知用途的金属工具。我记得有一次，父亲在我家厨房里给人缝合受伤的前额，那个样子实在是太酷了。有时候，父亲出诊时也会带上我。记得有一年的圣诞节，为了让一名肺病患者免于住院，父亲花了几个小时为其找到了足够的氧气。我的母亲是一名助产士，有时也会带我出诊。我从父母身上学到了对医学的奉献与热爱。对他们来说，行医不仅仅是一份工作、一项专业技能，更是一种生活方式、一种理想信念。我从内心深处被这个职业吸引着，我来到这个世界似乎就是为了治病救人。

然而，我也是一名技术极客。记得10岁时，我挣了150美元，但我并没有用这笔钱去买一副内置刮水器的眼镜，而是被迫遵循苏格兰的节俭传统，把钱“投资”到了一个储蓄账户里。12岁时，我经常和父亲一起玩魔方（印象中我当时的最快纪录是30秒，具体细节现在已经记不清了，只留下了美好的回忆），我俩的感情也因此格外深厚。我还清楚地记得有一年夏天，我本该在户外享受苏格兰的“天气”，但为了计算父亲医疗工作的工资税，我没有外出游玩，而是在房间里专心写一个计算机程序。当然，第二年税法就被修改了，这也给我上了一堂关于政府和税收的课。反正我也从来不是做会计的料（我哥哥才是擅长投资理财的那个人）。但我也确实想过靠自己设计的小游戏赚大钱，14岁时，我为辛克莱ZX光谱家用电脑设计了一款赛马游戏。在这款游戏中，玩家为了让自己的马跑得更快，需要尽可能快地交替按动橡胶键盘。虽然我没有因此变得富有，但我那帮电脑迷朋友都对这款游戏赞不绝口。

当年那个还在上学的少年极客不仅喜欢物理和数学，对语言和音乐也很感兴趣。我有一位生物老师，他有一次告诉我的父母，我是个小丑，但也是他在我16岁时给了我一本理查德·道金斯写的《自私的基因》，无意中点燃了我对遗传学的狂热之火。（这位老师还说过，也许在我把实验仪器画到笔记本上之前，它们早就倒在地上了。他的语气里可没多少幽默成分，在他看来，艺术从来不是我的强项。）所以，阅读科普书籍成了我的一种新的消遣方式。道金斯、古尔德、勒旺廷、萨克斯、戴蒙德、平克，这些人的书我都会看，当然还有达尔文的书。这种对科普书籍的热爱一直伴随着我到医学院求学。当时有一门生理学课对我后来的人生产生了很大影响。在这门课上，我们四人一组，坐在实验室的低矮木凳上，急切地等着去看一颗刚刚被取出但还在跳动的兔子心脏。我们戳了一下这颗心脏，它摸起来很软，被拿起时还在跳动，这种感觉很令人惊奇。后来我们还用一根注射针钩住心脏上部的主动脉，把它挂了起来。我们的工作就是让这颗心脏尽可能长时间地保持活性。我盯着这颗心脏看了好几个小时，彻底被它迷住了。这个器官外表看起来很好看，内部构造也很精巧，富有生命力。我们甚至可以把它视为生物进化的一大奇迹，它有自己的跳动节奏，就像有自己的乐谱一样。我彻底为此着迷。

就这样，我找到了我的医学使命。心脏病学这个专业有着令人兴奋的生命力：为心脏停搏患者进行电击除颤似乎能让你的一天变得更有意义。此外，我的家族里有许多人患有心脏病，也许有一天我也能帮助他们。

我的运气不错，多年后从事了自己儿时就很热爱的工作，成了一名执业心脏病医生和斯坦福大学遗传性心血管疾病中心的创始院长。我这个极客喜欢利用大型计算机和试验来探索生物学的未知领域。而且我也很幸运地遇到了才华横溢的同事，和大家一同创办了几家生物科技公司。除了创办公司，我还有幸与谷歌、苹果、亚马逊和英特尔等公司以及一些国家的政府合作，就基因组在医疗产业中的定位问题提供咨询服务。能活在这个遗传学技术和医疗卫生技术不断变革的时代，我倍感荣幸。

今天，你只需花几百美元就可以对自己的基因组进行测序。几年前，我决定投身于探索基因组这项事业。在我看来，如果我们能解码基因组，就有可能解码我们未来的基因，这意味着在疾病发生之前，我们就可以有效预测，从而采取相应的防范措施。我想知道，从某种程度上讲，这种对基因的探索能否告诉我们，作为人类到底意味着什么。

这本书讲述了我在决定探索基因组后最初几年的冒险经历。通过这本书，我将带你们走进人类基因组的科学和医学之旅，告诉你们一些患者的故事，这些患者正是通过了解自己的基因组而改变了治疗方案。此外，我还会向你们介绍我带领的这支优秀的科研团队，以及我们是如何将基因组研究成果应用到医学实践中的。

前几章（“早期基因组”这一部分）主要介绍了我们的团队以及我们对首批被测序的基因组进行医学解码的工作。2009年的一天，我走进一位斯坦福大学同事的办公室，发现他正在研究自己的基因组，在本书中我讲述了自己如何在这位同事的启发下开始进行基因组研究。为了更好地了解这位同事的患病风险，我尝试将当时已有的每一项人类基因研究成果都应用于其基因组研究。我还在书中提到，这位同事堂兄的儿子在十几岁时便突然死亡，为了找出死因，我们对死者心脏组织的基因进行了测序，想借此探究其家族病史。我还讲述了人类基因参考序列在纽约州布法罗市的起源，以及一名高中生为了一个科学项目将全家的基因组序列都带到学校的故事。我描述了我们如何将这些研究成果应用到斯坦福医院的各个科室，以及我们如何通过创立一家公司来扩大基因组的影响力。

在本书第二部分（“基因诊断”）中，我试图说服你们，基因组医学很像侦探工作。我们从一个“犯罪”现场开始，仔细观察线索，记录证据，运用传承数千年的传统医学手段，观察、检查、记录、分析。在此基础上，我们也运用了最新的研究方法——解读基因组。我讲述了那些深受未确诊疾病折磨的患者的故事，他们花了数年时间求医问诊，并最终通过基因组科学成功找到了答案。我还讲述了一个由美国政府资助的“疾病侦探”网络，这个网络的使命是系统地结束这些医学诊断中的“奥德赛 ”。

在本书第三部分（“心脏那些事”）中，我描述了一些我最重视的心脏病患者。我谈到了一位崭露头角的百老汇明星，基因突变使其心脏肥大且需要接受心脏移植。我描述了我们如何试图打破基因组测序速度纪录，来诊断和治疗一个刚出生的女婴，出生的第一天，这个女婴的心脏就停搏了五次。我讲述了我们如何发现一个笑容灿烂的年轻人的心脏中竟然长着多个肿瘤，以及我们如何追踪到其基因组中的缺失部分。我还讲述了我们如何发现一个女婴生来就有两个不同的基因组。在这一部分中，我还介绍了我们对心脏病和猝死的认知历程、心脏病的诱因，以及在这一领域颇有建树的专家学者，他们的研究为我们治疗心脏病提供了思路。

在本书的第四部分，也是最后一部分（“迈向精准医疗”）中，我展望了基因组的未来。我讨论了如何通过研究“超人”——自身基因组保护其免患疾病的人——让其他人也变得“超能”一点。我描述了几项激动人心的新项目，这些项目会对数百万人进行基因测序，包括奥巴马总统的精准医疗倡议和英国的生物样本库。我谈到了治疗遗传病方面的新进展，包括基因治疗，以及通过研究基因组来改进传统药物。

任何一本书都不应该试图涵盖所有领域，所以在本书中，并不会涉及太多关于其他某些重要医学领域的内容。例如，我没有深入探讨癌症。尽管已经有人写了不少癌症方面的有说服力的内容，但在癌症患者及其肿瘤的基因检测方面，很少有研究者涉及对整个基因组的测序，因为这是一项令人望而却步的庞大工程（大多数癌症检测都会涉及对基因组的一个子集进行深入测序）。所以，关于癌症的话题我留到日后再谈。我也没有谈论女性怀孕期间的基因检测问题。我们能够从母体血液中提取出婴儿的DNA片段，这极大地改变了我们的检测方法，但这些片段通常无法拼成一个完整的基因组，所以我暂时不讲这些内容。最后，我在这本书中也没有提及其他许多重要的科学进展，以及世界各地同行的精彩故事。我试图客观地叙述这些患者的故事，并评价我们在帮助他们的过程中所做的贡献，但是，在这个过程中其他人也做了很多，没有他们的付出，我们不可能有今天的成就。

本书的主人公是我的患者及其家属。他们一起承受遗传性疾病带来的负担：那些在科室里时哭时笑的小孩，那些需要面对各种出乎意料的诊断结果的勇敢青少年，那些每天起床照顾身患重病的孩子的父母。他们到处寻医问诊，每天都对未知的未来感到担忧和恐惧。他们是我每天早上起床工作的动力。我们的患者及其家属永远不会逃避基因组给他们的生活带来的困难，我们对基因组的研究、对有效治疗方法的探索也永远不会停歇。而且，当我们的努力未见成效时，我们会更加紧紧地拥抱他们，并向他们保证，我们不会停下，直到迎来拨云见日的那一天。