你身體中大約 40 萬億個細(xì)胞中的大多數(shù)都擁有幾乎相同的基因組拷貝——從你父母那里繼承的 DNA，包含從將食物轉(zhuǎn)化為能量到抵抗感染的所有指令。健康細(xì)胞通過基因組中的有害突變變成癌細(xì)胞。例如，如果一個細(xì)胞的基因組被紫外線損壞，它可能會導(dǎo)致突變，導(dǎo)致細(xì)胞無法控制地生長并形成腫瘤。
識別導(dǎo)致健康細(xì)胞變成惡性的基因變化可以幫助醫(yī)生選擇專門針對腫瘤的療法。例如，大約 25%的乳腺癌是HER2 陽性的，這意味著這類腫瘤中的細(xì)胞會發(fā)生突變，導(dǎo)致它們產(chǎn)生更多的稱為 HER2 的蛋白質(zhì)來幫助它們生長。專門針對HER2 的治療顯著提高了此類乳腺癌的存活率。
科學(xué)家們現(xiàn)在可以很容易地讀取細(xì)胞 DNA 來識別突變。挑戰(zhàn)在于人類基因組非常龐大，而突變是進(jìn)化的正常部分。人類基因組的長度足以填滿一本 120 萬頁的書，任何兩個人大約可以擁有300 萬個遺傳差異。在腫瘤中找到一個致癌突變就像在一堆針中找到一根針。
我是一名計算機科學(xué)家，他探索大型復(fù)雜的遺傳數(shù)據(jù)集，以回答有關(guān)生物學(xué)和疾病的基本問題。我和我的研究團隊最近發(fā)表了一項研究，該研究使用來自數(shù)千名健康人的 DNA，利用自然選擇原理幫助識別致病突變。
利用大數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)癌變
在確定患者的癌癥突變類型時，金標(biāo)準(zhǔn)是比較患者的兩個樣本：一個來自腫瘤，另一個來自健康組織(通常是血液)。由于兩個樣本都來自同一個人，他們的大部分 DNA 是相同的;只關(guān)注彼此不同的遺傳區(qū)域會大大縮小可能致癌突變的位置。
雖然基因突變是日常生活的一部分，但有些可能會導(dǎo)致癌癥。
問題是健康組織并不總是從患者身上收集，原因從臨床成本到狹窄的研究方案。
解決這個問題的一種方法是查看大量的公共 DNA 數(shù)據(jù)庫。由于癌癥驅(qū)動突變不利于生存，自然選擇往往會隨著時間的推移在連續(xù)幾代中消除它們。在腫瘤的所有突變中，在特定人群中發(fā)生頻率較低的突變比許多人共有的變化更可能有害。經(jīng)過計算這些數(shù)據(jù)庫中突變發(fā)生的頻率，研究人員可以區(qū)分常見且可能是良性的基因變化和罕見且可能癌變的基因變化。
鑒于這種方法的威力，最近出現(xiàn)了大量收集和共享數(shù)百到數(shù)千人的 DNA 序列的項目。這些項目包括1000 基因組計劃、西蒙斯基因組多樣性計劃、GnomAD和All of Us。未來可能還會有更多。
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