研究人员说，分析DNA并确定未来的挑战可以帮助癌症患者做出下一步的改变。
距离科学家首次公布人类基因组序列已经过去了20年。这一重大成就之后是重大的技术进步，使我们今天能够极其详细地读取DNA的各个层信息——从细胞癌变时DNA的第一次变化到晚期肿瘤的复杂微环境。
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“2020年，估计有1000万人死于癌症。这种毁灭性的疾病是由我们DNA的变化所支撑的，DNA是我们所有细胞的指导手册。”
现在就推特
现在，为了加速癌症患者的发现，我们需要新的方法来汇集我们产生的不同类型的复杂数据，为癌症进化提供新的生物学见解。
在今天的《科学》杂志上，我的同事Toshikazu Ushijima教授，日本国立癌症中心研究所表观基因组学部门主管，新加坡基因组研究所执行主任Patrick Tan教授和我应邀回顾了我们目前通过分析DNA的全部复杂性获得的癌症见解，并定义了我们需要解决的未来挑战，以便为患者带来下一步的改变。
![围产期暴露于阻燃剂改变肝脏表观基因组]( "Perinatal Exposure to Flame Retardant Alters Liver Epigenome")
我们DNA的复杂性
许多人想象我们的DNA——我们的基因组——只是一串字母。事实上，许多层的信息——被称为表观基因组——完全改变了它的活动。
我们的基因组可以与地球上不同的地理环境相比较。就像山脉、岛屿和海洋由相同的基本元素组成一样，我们的基因序列As、Ts、Gs和Cs构成了我们细胞内复杂结构特征的基础。
这些地理环境是由我们的表观基因组创造的——额外的信息层，包括附着在我们DNA上的化学标记(称为DNA甲基化)和包裹在DNA周围的蛋白质(组蛋白)的化学变化，它们共同协调了DNA在我们细胞内的三维组织方式。
我们的基因组和表观基因组在癌症生命周期中都在进化，我们需要了解这些复杂的变化，以提高癌症风险评估和加速对患者的治疗发现。
从癌症形成到转移
以前人们认为基因变化足以导致癌症，但现在越来越清楚的是，基因组和表观基因组的变化共同在癌症进化中起着重要作用。例如，有一些证据表明，随着衰老而发生的DNA甲基化变化可能使细胞易于发生导致癌症的基因变化。
以吸烟为例，在基因变化和肺癌被检测出来之前，科学家就已经观察到肺内膜细胞的DNA甲基化变化。为了对癌症发生的驱动因素有新的认识，我们需要绘制基因组和表观基因组变化的精确顺序。
我们也逐渐意识到，虽然癌症可以积累遗传变化，但随着癌症从原发性肿瘤转变为转移性肿瘤，表观基因组也会“重新编程”，并最终可能对治疗产生耐药性。了解这些变化可能会导致新的治疗靶点，可以更精确地治疗晚期癌症。
通过先进技术获得新见解
癌细胞与其他不同类型的细胞共存于肿瘤生态系统中，包括免疫细胞和被称为基质细胞的结缔组织细胞。今天，先进的成像和单细胞技术正在帮助我们以前所未有的分辨率在肿瘤的三维环境中绘制这些细胞，以及基因组和表观基因组的变化。在Garvan，我们的研究人员正在我们的活体显微镜设备和Garvan- weizmann细胞基因组学中心进行这些研究。
包括人类肿瘤图谱网络和英国癌症研究大挑战项目在内的一些国际研究联盟已经建立，以在单细胞和空间水平上研究癌症。然而，这些联盟将不得不应对数据集成方面的巨大挑战。在当今的全球研究环境中，我们需要全球标准化的方法来整合来自不同分析技术和实验室的数据。
通过揭示癌症形成和发展过程中DNA和细胞变化的联系，我们将了解如何更好地诊断、治疗和预防癌症。
大数据——机遇与挑战
在过去的20年里，我们发展出的技术表明，我们的基因组和表观基因组比我们想象的要复杂得多。我们正处于这样一个阶段，新的癌症见解将来自于解决由复杂多样的测序和想象数据集产生的数学问题。
我们的先进技术使我们能够产生大量的数据。但现在的挑战是数据集成——人类根本无法消化我们产生的所有信息。这一挑战将由人工智能解决，我们将需要结合计算专业知识，以创新的方式观察和建模数据。
未来的另一个关键挑战将是将基本发现转化为切实的临床应用。精确了解导致细胞内癌症形成的多个步骤，可能会使我们提高癌症风险的筛查和癌症的早期发现。在未来，对遗传和表观遗传特征的研究可能会帮助我们从我们的环境中完全去除致癌物质和过程。
对于晚期癌症，整合DNA分析可能有助于查明被忽视的癌细胞转移机制，这可能是治疗发展的有希望的靶点。
作为遗传学家和表观遗传学家，整合我们的数据来研究癌症的挑战与模拟气候变化的挑战没有什么不同。气候模拟需要将来自不同来源的大量数据结合起来，并结合具体情况来预测地球的未来。
这对于基因组学和表观基因组学也是一样的——我们需要了解多个不同的DNA信息层是如何协同工作的，从而在我们的细胞癌变时引发“气候变化”的破坏性影响。
Susan Clark教授FAA FAHMS是加文医学研究所基因组学和表观遗传学研究主题的领导者和表观遗传学研究实验室的负责人。她是新南威尔士大学悉尼分校医学与健康学院圣文森特临床学院的联合教授，澳大利亚科学院院士和澳大利亚健康与医学科学院院士。
(来源:每日
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我们DNA的复杂性
许多人想象我们的DNA——我们的基因组——只是一串字母。事实上，许多层的信息——被称为表观基因组——完全改变了它的活动。
我们的基因组可以与地球上不同的地理环境相比较。就像山脉、岛屿和海洋由相同的基本元素组成一样，我们的基因序列As、Ts、Gs和Cs构成了我们细胞内复杂结构特征的基础。
这些地理环境是由我们的表观基因组创造的——额外的信息层，包括附着在我们DNA上的化学标记(称为DNA甲基化)和包裹在DNA周围的蛋白质(组蛋白)的化学变化，它们共同协调了DNA在我们细胞内的三维组织方式。
我们的基因组和表观基因组在癌症生命周期中都在进化，我们需要了解这些复杂的变化，以提高癌症风险评估和加速对患者的治疗发现。
从癌症形成到转移
以前人们认为基因变化足以导致癌症，但现在越来越清楚的是，基因组和表观基因组的变化共同在癌症进化中起着重要作用。例如，有一些证据表明，随着衰老而发生的DNA甲基化变化可能使细胞易于发生导致癌症的基因变化。
以吸烟为例，在基因变化和肺癌被检测出来之前，科学家就已经观察到肺内膜细胞的DNA甲基化变化。为了对癌症发生的驱动因素有新的认识，我们需要绘制基因组和表观基因组变化的精确顺序。
我们也逐渐意识到，虽然癌症可以积累遗传变化，但随着癌症从原发性肿瘤转变为转移性肿瘤，表观基因组也会“重新编程”，并最终可能对治疗产生耐药性。了解这些变化可能会导致新的治疗靶点，可以更精确地治疗晚期癌症。
通过先进技术获得新见解
癌细胞与其他不同类型的细胞共存于肿瘤生态系统中，包括免疫细胞和被称为基质细胞的结缔组织细胞。今天，先进的成像和单细胞技术正在帮助我们以前所未有的分辨率在肿瘤的三维环境中绘制这些细胞，以及基因组和表观基因组的变化。在Garvan，我们的研究人员正在我们的活体显微镜设备和Garvan- weizmann细胞基因组学中心进行这些研究。
包括人类肿瘤图谱网络和英国癌症研究大挑战项目在内的一些国际研究联盟已经建立，以在单细胞和空间水平上研究癌症。然而，这些联盟将不得不应对数据集成方面的巨大挑战。在当今的全球研究环境中，我们需要全球标准化的方法来整合来自不同分析技术和实验室的数据。
通过揭示癌症形成和发展过程中DNA和细胞变化的联系，我们将了解如何更好地诊断、治疗和预防癌症。
大数据——机遇与挑战
在过去的20年里，我们发展出的技术表明，我们的基因组和表观基因组比我们想象的要复杂得多。我们正处于这样一个阶段，新的癌症见解将来自于解决由复杂多样的测序和想象数据集产生的数学问题。
我们的先进技术使我们能够产生大量的数据。但现在的挑战是数据集成——人类根本无法消化我们产生的所有信息。这一挑战将由人工智能解决，我们将需要结合计算专业知识，以创新的方式观察和建模数据。
未来的另一个关键挑战将是将基本发现转化为切实的临床应用。精确了解导致细胞内癌症形成的多个步骤，可能会使我们提高癌症风险的筛查和癌症的早期发现。在未来，对遗传和表观遗传特征的研究可能会帮助我们从我们的环境中完全去除致癌物质和过程。
对于晚期癌症，整合DNA分析可能有助于查明被忽视的癌细胞转移机制，这可能是治疗发展的有希望的靶点。
作为遗传学家和表观遗传学家，整合我们的数据来研究癌症的挑战与模拟气候变化的挑战没有什么不同。气候模拟需要将来自不同来源的大量数据结合起来，并结合具体情况来预测地球的未来。
这对于基因组学和表观基因组学也是一样的——我们需要了解多个不同的DNA信息层是如何协同工作的，从而在我们的细胞癌变时引发“气候变化”的破坏性影响。
Susan Clark教授FAA FAHMS是加文医学研究所基因组学和表观遗传学研究主题的领导者和表观遗传学研究实验室的负责人。她是新南威尔士大学悉尼分校医学与健康学院圣文森特临床学院的联合教授，澳大利亚科学院院士和澳大利亚健康与医学科学院院士。
(来源:每日
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