桑格中心与人类基因组计划：二十五周年纪念与基因组学革命的里程碑

这篇综述回顾了桑格中心（现威康桑格研究所）在人类基因组计划（HGP）中的关键贡献，详细描述了从1992年成立到2007年间的发展历程。文章通过第一人称视角，展现了大规模DNA测序技术的演进（如ABI 377/3700测序仪）、国际合作（如Bermuda Principles数据共享原则）以及里程碑成果（如人类22号染色体完成图）。重点突出了桑格中心在完成1/3人类基因组序列中的核心作用，并延伸至模式生物（线虫、酵母）和病原体基因组研究。作者以项目管理者的独特视角，揭示了公私竞争（如Celera公司）背后的科学伦理争议，以及高质量参考基因组对现代医学的深远影响。

　　

桑格中心的人类基因组计划回忆录

ABSTRACT

2025年标志着3Gb人类基因组工作草图完成二十五周年。作为国际人类基因组测序联盟（IHGSC）的核心成员，英国通过威康信托基金会支持的桑格中心贡献了约1/3的基因组序列。本文作者以1992-2007年间桑格中心科学管理者、HGP项目负责人的双重身份，首次系统回顾了这一划时代项目的技术突破与组织挑战。

MY INTRODUCTION TO GENOMICS

1992年春天，作者在MRC总部任职期间与约翰·萨尔斯顿（John Sulston）的偶然会面改变了职业生涯轨迹。萨尔斯顿正在筹建基因组研究中心以开展大规模DNA测序，其团队与华盛顿大学合作完成的1Mb线虫基因组序列（占全基因组1%）为后续工作奠定了基础。在临时借用MRC分子生物学实验室（LMB）空间期间，团队开发了关键工具：Staden软件包用于序列可视化、AceDB数据库整合物理图谱与遗传图谱。当威康信托批准资助后，团队选址剑桥南部的Hinxton Hall——一个曾用于冶金研究的庄园，将鸡舍改造为测序实验室，这成为后来世界最大测序中心的雏形。

BUILDING DNA SEQUENCING CAPACITY

测序工厂的建立堪称教科书级的规模化实践。最初8个测序团队以玛丽·伯克斯（Mary Berks）等资深成员为核心，通过本地报纸招募无经验人员并进行模块化培训。创新性举措包括：

1. 1.

   电子化监控每日产出（2.5万条读长/月）

2. 2.

   24小时轮班制运行ABI 377测序仪（单次运行96泳道）

3. 3.

   自主开发菌落挑取机器人

   质量控制方面，采用Phil Green开发的Phred/Phrap软件评估序列质量，并坚持"连夜发布"未完成数据（>2kb的组装序列），这种透明化做法虽引发争议，但奠定了数据共享的行业标准。

THE HUMAN GENOME PROJECT

1996年百慕大会议是转折点。桑格中心与华盛顿大学提出" megalomaniac"计划（MGP），主张用现有技术直接完成高质量基因组。尽管最初只获得预期资金的一半（7000万英镑），团队仍锁定1/6基因组目标，重点攻关22号、X染色体。1998年Celera公司宣布私营测序计划后，威康信托果断增资使桑格中心承担份额提升至1/3（涵盖1/6/9/10/13/20/22/X染色体）。

技术攻坚阶段面临三大挑战：

• •

  从黏粒转向更稳定的BAC/PAC克隆系统（插入片段100-150kb）

• •

  1999年洪灾中抢救75台测序仪

• •

  应对2001年草案序列的"双90%"标准（90%覆盖率，90%准确率）

2000年6月26日，克林顿与布莱尔通过视频联合宣布人类基因组草图完成时，桑格中心已贡献970Mb数据（其中285Mb为完成图）。2003年最终版达到99%常染色质覆盖，误差率<1/10⁴，其质量在后续基因组参考联盟（GRC）的持续优化中得到验证。

BEYOND THE HUMAN GENOME

后HGP时代，桑格中心转向：

1. 1.

   脊椎动物基因组：小鼠（B6品系）、斑马鱼（1.4Gb）

2. 2.

   比较基因组：大猩猩全基因组 shotgun测序

3. 3.

   医学基因组：1000基因组计划（SNP Consortium）

   作者2007年离任后建立的厄勒姆研究所（Earlham Institute）延续了农业基因组学研究，如国际小麦基因组计划。

CONCLUDING THOUGHTS

这场科学马拉松的遗产远超技术本身：

• •

  建立的Ensembl数据库（与EBI合作）仍是基因组注释金标准

• •

  Bermuda Principles成为大数据共享范本

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  证明分布式协作可完成超大型生物项目

  正如萨尔斯顿在自传《共同线索》中强调的，HGP最持久的价值在于将基因组定义为"人类共同遗产"的伦理共识。