在过去的十年里，基因组学在新技术和临床应用方面取得了巨大的飞跃。虽然本世纪第一个十年的标志是人类基因组计划的完成和下一代测序的出现，但第二个十年见证了新的发展，包括CRISPR基因组编辑和单细胞基因组学，以及基于人群的基因组学项目的启动，将基因组学引入临床护理——特别是遗传性疾病诊断和肿瘤学——消费者基因检测的蓬勃发展，也使法医有了新的应用。
为了更好地了解最重要的进展，今年2月，GenomeWeb通过电子邮件询问了该领域的一些杰出研究人员，询问他们在2010年代基因组学方面最显著的进展或成就。也许并不令人意外的是，他们的答案受到了各自研究领域的影响，这反映了基因组学在许多研究分支中的深远影响。然而，从他们的回答中可以看出几个主题。
CRISPR
最常见的答案之一，甚至来自那些没有直接参与开发或推进这项技术的人，是CRISPR基因组编辑。许多人认为这是一个“显而易见”的选择，不需要进一步解释，因为这种方法在生命科学研究中已经变得非常普遍。被评为"年度突破"的科学2015年加州大学旧金山分校(University of California, San Francisco)传染病学系教授查尔斯·邱(Charles Chiu)说，CRISPR“开辟了精确基因编辑、超快速诊断和靶向治疗的新领域”。
此外，哥伦比亚大学(Columbia University)基因组医学研究所(Institute for Genomic Medicine)所长大卫·戈尔茨坦(David Goldstein)说，CRISPR还实现了“新的全基因组功能基因组筛选，以及在以前完全无法达到的规模上构建疾病的遗传细胞和动物模型”。
位于海德堡的欧洲分子生物学实验室(EMBL)的小组负责人和高级科学家Jan Korbel说:“如今，很难想象一个拨款申请或主要研究论文和分子生物学在某个阶段不应用这种技术，或从这种技术衍生出的方法。”
纽约基因组中心(New York Genome Center)计算生物学高级主任迈克·佐迪(Mike Zody)对此表示赞同。“除了能够相对容易地设计DNA变化这一事实之外，还开辟了广泛的功能分析，这些分析在理论上是可能的，但在以前非常繁琐，只是有多少次我在会议上听到一些变种的‘你用CRISPR做了吗?’这让我觉得这一定是过去十年中最重要的发展。”
但是，尽管CRISPR及其无数应用的重要性仍然无可争议，“我们还没有理解它的真正影响，”全国儿童医院(national Children’s Hospital)基因组医学研究所(Institute for Genomic Medicine)执行主任里克·威尔逊(Rick Wilson)说，以及“美国的政治IP战斗令人沮丧，”EMBL欧洲生物信息学研究所服务副主任保罗·弗莱克说。
单细胞基因组学
另一个值得注意的发展的首选是单细胞基因组学。“单细胞基因组学改变了一切!”布罗德研究所(Broad Institute)所长埃里克·兰德(Eric Lander)说，但他没有详细说明。
加州大学圣克鲁斯基因组研究所科学主任大卫·豪斯勒(David Haussler)说:“当然，有人会说CRISPR是一件更大的事情(在很多方面是正确的)，但最终，我认为向单细胞的转变将产生更深远的影响。”“单细胞是生物学中最有意义的单位。它是一切的中心。”
麻省理工学院生物学教授、布罗德研究所教授Aviv Regev说:“单细胞基因组学使我们能够大规模地测量单个细胞的分子特征(一次性观察数十万个单细胞中的每个细胞)。”vwin德赢ac米兰合作她说:“这为重新审视生物学的基本原理开辟了道路，包括细胞类型、状态、发育、反应、位置和相互作用——在稳态和疾病中，以及跨物种，提供了对表型和机制的新概念欣赏。”
“特别是，它开辟了建立一个人类细胞图谱“这是一份完整的人类细胞(生命的基本单位)参考图，是了解人类健康以及诊断、监测和治疗疾病的基础。”
其他人也提到HCA是一项重要的倡议。瑞典斯德哥尔摩大学教授、生命科学实验室的科学主任Mats Nilsson说:“我的预测是，HCA项目将对未来的生物学和医学产生与人类基因组计划今天一样根本性的影响。”
“现在还处于早期阶段，但我相信这些技术有可能从根本上促进我们对人类和模式生物生物学的理解，”华盛顿大学(University of Washington)基因组科学教授杰伊·谢德尔(Jay Shendure)在谈到他的首选单细胞基因组学时表示。
香港中文大学(Chinese University of Hong Kong)化学病理学教授罗康瑞(Dennis Lo)对上述观点表示赞同。他说:“我认为，在单细胞水平上研究基因组学、转录组学和表观基因组学的能力彻底改变了我们对生物学的理解，为我们提供了以前不可能的解决方案。”“我们现在可以开始了解细胞的异质性，以及这些细胞如何相互作用。这些发展为研究开辟了新的途径，特别是在神经科学和肿瘤学领域。随着这些技术成本的降低，(它们)很可能在诊断方面产生越来越大的影响。”
此外，单细胞基因组技术可以提供洞察三维结构“关键决定细胞功能”，北京大学北京基因组学高级创新中心主任谢淑妮(Sunney Xie)说。
读测序
在过去十年中，第三个经常被提及的发展是太平洋生物科学公司和牛津纳米孔技术公司的长读单分子测序技术的兴起。
德国德累斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学和遗传学研究所主任吉恩·迈尔斯(Gene Myers)说:“在对人类和小鼠进行了非常无聊的短读重测序十年之后，我们现在终于站在了基因组学真正潜力的边缘。”“我们有能力生产出近乎完美的、当然是参考质量的基因组，这让我非常兴奋新创利用长读测序和脚手架技术，如Hi-C、10X读云和Bionano [Genomics]限制性图。所有这些的价格很快就会变得非常便宜，世界将进入一个探索自然界所有基因组的时代。”
英国诺丁汉大学基因组学、细胞和发育生物学教授马特·松(Matt Loose)说，虽然“工厂规模的测序仍然是短读测序，但我相信，过去十年将作为短读测序向长读测序的过渡而被铭记。”
“这种技术可以是口袋大vwin德赢ac米兰合作小的，这使得我们在过去十年中看到的许多创新的基于现场的测序成为可能，其中包括关于dna测序的著名研究埃博拉病毒疫情以及此后部署的无数测序器的例子，”他补充道。
威康·桑格研究所研究员、剑桥大学遗传学教授理查德·德宾认为，长读技术“现在正处于成熟的边缘”，正在使完整的技术成为可能染色体从头到尾的组装，以及全长转录本测序。
“PacBio实现了高质量新创国家人类基因组研究所基因组信息学部门负责人亚当·菲利普(Adam Phillippy)说:“纳米孔(测序)使测序从大型中央中心民主化到单个科学家手中。”
约翰霍普金斯大学(Johns Hopkins University)计算生物学和肿瘤学教授迈克尔·沙茨(Michael Schatz)说:“这些技术使得快速、经济地开发几乎任何物种的参考质量基因组成为可能。”“现在，只需几千美元，我们就可以测序和组装一个人类基因组，其邻近性和准确性超过了参考人类基因组。在人类基因组学中，这对于寻找用短读测序无法找到的结构变异和其他复杂变异尤其重要，包括找到以前被遗漏的许多疾病的遗传起源。”
EBI的弗利切克也认为，创造高性价比、高完整度、高质量的能力所有物种的基因组组合而认真开展这样的努力，将会产生很大的影响。他说:“这将导致基因组学对生物学的影响比目前大得多。”
斯坦福大学(Stanford University)病理学和遗传学教授斯蒂芬•蒙哥马利(Stephen Montgomery)表示，过去十年的另一个突破是功能基因组学分析的发展。他说:“在过去的十年里，许多有影响力的研究正在使用功能基因组学来探索遗传和环境(GxE)的影响。”“这为基因如何塑造我们对环境的反应并共同影响人类疾病提供了新的见解。”
研究应用
虽然许多科学家选择了具体的技术进步，但其他人更普遍地指出了下一代测序在过去十年中所实现的研究类型。“虽然我们可以将[次世代测序/全基因组测序]追溯到2005年，但它在2010年开始对许多人扩展，然后是2015年花了1000美元买了一个临床级别的基因组哈佛医学院遗传学教授乔治·丘奇说。
他认为，在过去十年中，测序“甚至比(基因)编辑更重要”，因为需要它来决定编辑什么，并检查编辑结果。此外，“NGS的变体也在彻底改变显微镜，包括原位RNA，基因组折叠的超分辨率成像，甚至蛋白质，”他说。
威尔康奈尔医学院的生理学和生物物理学教授克里斯·梅森说:“在任何地方都能轻松廉价地对DNA或RNA进行测序，这彻底改变了我们在临床环境中观察分子动力学的方式……但它也做了更多。”例如，他说，它已经能够创建“癌症的基因图谱，地铁，空间站但也导致了之前不同领域的意外合并，比如微生物学和癌症。”
与高通量测序相辅相成的是解释和整合大量基因组数据的能力。贝勒医学院(Baylor College of Medicine)人类基因组测序中心主任理查德·吉布斯(Richard Gibbs)表示，过去十年，“数据整合和处理取得了惊人的进展。通过云计算和数据共享的进步，基因组分析成为可能。”
基因组学在过去十年中的另一个重要进展是制定了确保结果可重复性的标准。斯坦福大学(Stanford University)教授、人口遗传学家卡洛斯·布斯塔曼特(Carlos Bustamante)说:“这可能看起来平淡无奇，但我们的领域做出的最重要贡献是表明生物学可以‘工业化’。”
他说，只有在对人类基因组进行大规模分析的情况下，才能开发出个性化的治疗方法，而这正是过去十年所做的事情。他补充说:“现在，在蓬勃发展的20年代，我们进入了工程生物学的下一个阶段，男孩，我们会很高兴，我们花时间把可重复性作为一个关键概念，这样我们就可以追逐最好的先导，以最快的速度将基础科学转化为药物和其他工具，以改善人类健康和福祉。”
在过去十年中开始或完成的最重要的基因组学项目中，研究人员引用了1000个基因组计划英国生物库资源,癌症基因组图谱以及包括美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)在内的各种人群基因组学项目我们所有人研究研究。
根据EMBL的科贝尔，这种影响千人基因组计划对基因组医学的研究是巨大的。“键序列和变体格式;对齐算法;目前在基因组学各个领域使用的单核苷酸多态性、indel和结构变异算法都是在这种背景下开发的，从癌症基因组项目到罕见疾病研究的研究都将1000个基因组的数据作为参考基准。”
哥伦比亚大学的戈尔茨坦说，人口规模的测序将允许“开发数据集，向我们展示人类基因组在一般人群中通常会发生什么，不会发生什么，使用全外显子组测序对更简单的遗传疾病进行遗传诊断，从而达到难以想象的准确性，并允许使用不断增长的人口规模资源，如英国生物银行和最终的[我们所有人]研究项目，对遗传变异的表型后果进行全面评估。”
对于哈佛大学(Harvard University)遗传学家、教授戴维•赖希(David Reich)来说，基因组学在过去十年中具有里程碑意义的发展是能够从古人类样本中生成全基因组数据。他说:“在这段时间里，拥有全基因组数据的古代个体的数量从0增加到1万多，对数据的分析彻底改变了我们对深刻过去的理解，颠覆了许多先前建立的关于我们物种进化方式的观点。”
根据桑格研究所的德宾的说法，测序尼安德特人，丹尼索瓦人和其他古代基因组“已经(并将继续)改变了我们对人类的理解。”
但对于新加坡南洋理工大学(Nanyang Technological University Singapore)生物科学教授斯蒂芬•舒斯特尔(Stephan Schuster)来说，另一项突破是，人们对人类历史的了解不是来自古代DNA，而是来自对大量现代基因组的分析群体基因组学项目．他说:“这使得我们能够以前所未有的精度解开人类历史和古代迁徙之谜。”“人类历史最终将因此被改写。”
临床应用
对于临床研究人员来说，过去十年最重要的突破是基因组学在医学上的应用，特别是在诊断方面。
“对我来说，最重要的发展是临床测序的出现，无论是外显子组还是基因组，”阿拉巴马大学伯明翰医学院医学遗传学教授布鲁斯·科尔夫(Bruce Korf)说。“我们正在解决多年来甚至几十年来难以捉摸的诊断问题。此外，在基因组测序出现之前，这些诊断中有很大一部分是永远不会做出的。这为家庭提供了安心，了解复发风险和自然史，在少数情况下，甚至揭示了潜在的新治疗方法。”
哥伦比亚大学临床遗传学家、教授温迪·郑(Wendy Chung)特别提到了早期脊髓性肌萎缩症(SMA)诊断和治疗的最新进展，这些进展“具有变革性，将成为未来罕见病的典范”。
贝勒医学院(Baylor College of Medicine)的遗传学家和教授Sharon Plon指出，临床外显子组和基因组测序的使用不仅用于研究，而且用于诊断患者极其罕见的疾病。她说:“在此之前，大多数基因组学研究涉及积累大量患有相同疾病的个体，并进行不向患者/治疗医生透露的发现性研究。”
临床测序也为研究遗传性疾病提供了新的视角。“最引人注目的是神经发育障碍，如智力障碍、自闭症和较轻程度的精神分裂症，都有相当大的发病率新突变的负担荷兰内梅亨大学(Radboud University)教授、遗传学家汉·布伦纳(Han Brunner)说。另一项发现是，智力残疾、自闭症、癫痫和精神分裂症之间有许多相同的基因。“人类神经发育障碍显然代表了一个临床连续体，”他说。
马萨诸塞州总医院(Massachusetts General Hospital)首席基因组学官海蒂•雷姆(Heidi Rehm)表示，另一个重要突破是启动了临床有用的公共基因变异数据库。这些数据库包括人口数据库，如ExAC和gnomAD该网站收集了近20万人的数据ClinVar以及ClinGen，其中包含世界各地数千个实验室提交的临床解释变异。她说:“这些资源极大地提高了我们为疑似遗传疾病患者提供准确和有临床意义答案的能力。”
荷兰UMC乌得勒支大学人类遗传学教授Edwin Cuppen说，尽管外显子组测序仍然更便宜，但临床全基因组测序已经通过降低测序成本、增加易用性和稳健性、自动化协议和成熟的生物信息学数据分析工具而向前推进。他说:“这已经导致在许多地方对先天性疾病诊断进行常规临床实施(全基因组测序)，提高了诊断的速度和产量。”
Cuppen说:“此外，同样的技术现在正在临床vwin德赢ac米兰合作应用于癌症精准医疗，越来越多的报告显示患者受益于这种方法。”他补充说，除了使患者受益之外，这还为疾病发展和治疗反应的生物学基础提供了重要的新见解。
事实上，癌症诊断是基因组学在过去十年中改变的另一个领域。
约翰霍普金斯大学路德维希中心(Ludwig Center at Johns Hopkins)肿瘤学教授伯特·沃格尔斯坦(Bert Vogelstein)表示，最重要的发展是癌症早期检测技术。他说:“尽管新疗法的开发至关重要，但我相信，早期检测将是未来降低这些疾病发病率和死亡率的关键。”“新疗法无疑会更成功地治疗疾病负担较低的患者，因此早期发现将与新疗法的发展协同作用。有许多技术进步对这一领域做出了贡献，但那些允许检测罕见的肿瘤衍生DNA改变的技术可能是最重要的。”
香港中文大学临床病理学教授Rossa Chiu指出，针对具有特定突变的癌症的靶向治疗，如针对具有致敏EGFR突变的非小细胞肺癌的酪氨酸激酶抑制剂，是过去十年的另一项突破性进展。“靶向治疗是如何将患病细胞的基因组知识转化为治疗行动的一个主要例子，”她说。
她的同事Lo认为液体活检是过去十年中最重要的临床应用基因组学发展。它不仅可以用于早期癌症检测，而且在其他领域也有应用，如无创产前检测(NIPT)和移植监测。他说，虽然NIPT已经创造了“产前医学的范式转变”，但癌症液体活检在治疗选择、治疗监测、预后和癌症筛查方面产生了影响，而血浆DNA标记用于移植监测已经影响了临床和研究。
尤其是NIPT，它最初成为2011年上市Chiu说，这是“基于全基因组大规模并行测序的第一个广泛应用的临床应用”。“其临床需求推动了对NGS和生物信息学临床测试实验室快速升级的需求，当时这些技能主要集中在研究实验室。”
北京大学的谢教授说，单基因疾病的胚胎植入前基因检测是基因组学在过去十年中产生重大影响的另一个领域。他说:“由于单细胞全基因组扩增和NGS的准确性，迄今为止，世界各地超过1000个患有单基因疾病的家庭成功地防止了父母的遗传疾病传给新生儿。”
但是基因组学已经准备好推动个性化治疗的发展，甚至更进一步。西奈山伊坎医学院(Icahn School of Medicine at Mount Sinai)的遗传学和基因组科学教授Eric Schadt表示:“鉴于基因组理解和生物编程技术的融合，在20世纪90年代末，我们见证了关于治疗最灾难性疾病的概念的惊人证明(在我看来!)。”vwin德赢ac米兰合作从个性化的癌症疫苗到重新编程细胞以修复与镰状细胞病等疾病有关的蛋白质缺陷。
消费者基因组学和取证
最后但并非最不重要的是，一些研究人员选择了消费者基因组学的兴起及其在法医中的应用作为他们十年来最重要的基因组学发展。
基因谱系公司MyHeritage首席科学官亚尼夫•埃利希(Yaniv Erlich)表示:“我有偏见，但我认为，消费者基因组学革命是这十年的主要亮点之一。”
现在有3000多万人可以获得他们的基因组信息，研究人员分析他们的数据以及他们如何使用这些数据，已经学到了很多东西。埃利希说:“我们了解到，人们关心自己的起源，而不太关心自己基因组中的医学见解。”“我们废除了家庭秘密可以保密的想法，以及像匿名捐精这样的想法。在这个过程中，我们让成千上万的人找到了他们的亲生家庭，并与他们建立了联系。我们还挑战了白人至上主义者关于种族和身份的观点。最后，我们创建了种群规模的基因监测允许破案拥有前所未有的力量。”
加州大学圣克鲁兹分校生物分子工程学教授Ed Green表示，现在可以通过DNA和开放数据库来识别许多人。“这一方法现在正被应用于执法部门。但它可能很快就会应用于情报工作或企业情报收集等其他领域。”“再加上提取和测序微量DNA的进步，GATTACA时代似乎已经到来。上世纪90年代的科幻小说就是今天的现实。”