非洲会成为基因组学研究的未来吗?

2020年，来自15个非洲国家的研究人员对426个非洲基因组进行了分析，发现人类基因组中有300万个新的变异¹．这一发现有助于开发一种工具，使研究人员能够识别非洲人群中特定的遗传关联——由美国生物技术公司Illumina生产的Infinium h3非洲联盟基因分型阵列。

虽然各企业支持非洲先进的人类基因组学，但非洲人类遗传和健康(h3非洲)倡议²支持这项工作的美国在基础设施和培训方面可能贡献最大。这项耗资1.76亿美元的计划始于2010年，由美国国立卫生研究院(NIH)和英国生物医学慈善机构Wellcome(与非洲人类遗传学学会合作)资助。项目范围从心脏病等常见疾病的基于人群的基因组研究，到COVID-19等传染病的调查。总共有大约51个项目，全部由非洲科学家领导，涉及来自30多个非洲国家的研究人员，已经对5万个样本进行了基因分型，发表了近700篇论文。

感谢非洲h3和其他基因组学计划，如尼日利亚10万基因组计划^3.在美国，非洲基因组学现在有望改善全球数百万人的健康，包括整个非洲大陆和非洲侨民的健康。但是，在迄今为止的发现的基础上，特别是将发现应用于临床，将需要进行一些系统性的改变，包括对非洲基因组学研究的资助方式进行重大转变。

“非洲h3”倡议支持的所有剩余项目预计将于今年完成。(尽管资助已于2022年6月正式结束，但由于COVID-19大流行的干扰，一些非洲h3赠款受助人得以获得延期。)在这里，我们列出了需要做些什么，以确保在非洲的基因组学投资不仅能在后h3非洲世界中得到维持，而且能得到扩大。在我们看来，非洲可以成为一种新型基因组学的发源地——一种为所有人带来更好健康的基因组学。

“非洲h3”取得了什么成就

截至2021年，全球近86%的全基因组关联研究(GWAS)参与者是欧洲血统，尽管这一群体只占世界人口的16%⁴．(这类研究筛选了数千人的基因组，以确定特定的遗传变异是否与感兴趣的性状有关。)这种偏差意味着精确医学工具，如多基因风险评分(使用遗传数据预测一个人患某种疾病的风险)，对欧洲血统的人更准确⁵．

“非洲h3”至少从五个方面帮助解决了这种不平等现象。

首先，非洲h3使非洲人更容易在非洲大陆从事基因组学研究(见“挖掘潜力”)。通过在南非、冈比亚、尼日利亚、埃塞俄比亚、乌干达和博茨瓦纳等国建立测序设施，以及设立生物信息学等方面的培训方案，实现了这一目标⁶．由于非洲机构成为h3非洲计划赠款的直接接受者，非洲人能够根据自己国家的需要设计项目、培训和基础设施。

其次，非洲h3计划提高了非洲基因组学在全球的知名度。这在一定程度上要归功于非洲h3与国际机构合作资助的研究人员和组织，如国际研究组织负责人(HIRO -由这些组织的主任组成，包括NIH和比尔及梅林达·盖茨基金会等主要资助者)。

第三，非洲h3提高了整个非洲大陆对基因组学的教育和认识——主要是要求所有参与者参与的项目都包括一定程度的社区参与。例如，“基因组冒险”(Genome Adventures)是h3非洲资助的组织网络“协作非洲基因组网络”(Collaborative African Genomics network)的一项倡议，很可能是该网络研究项目参与者留存率高的原因之一。在这种情况下，讲习班、漫画书和社交媒体被用来教育社区利益相关者和公众关于基因组学和生物医学研究。

第四，“非洲h3”使非洲大陆和其他地区的研究人员之间的科学合作达到了前所未有的程度。它实现这一目标的部分原因是要求受资助的非洲研究人员与其他非洲科学家合作。例如，在2019冠状病毒病大流行期间，位于尼日利亚伊德的非洲传染病基因组学卓越中心(ACEGID)的研究人员对来自其他非洲国家的1300多名遗传学家、公共卫生工作者和官员进行了诊断、下一代测序和生物信息学方面的培训。(成立于2014年的ACEGID大约有30%的资金来自非洲h3组织。)

南非的桑人向科学家发布道德准则

最后，通过提供适合非洲环境的道德准则，非洲h3帮助建立了关于数据共享的标准和规范⁷以及将研究结果传达给研究参与者。尽管非洲54个国家在这方面的规则和条例差异很大，但整个非洲大陆的遗传学家现在都有一个核心资源，可以就知情同意、遗传疾病的污名化、研究成果的分享和其他主题提供指导。

现实的目标

虽然大多数非洲h3项目尚未将研究结果转化为临床实践，但有些项目已经产生了现实世界的影响。例如，在过去八年中，消除种族歧视委员会的工作为公共卫生应对拉沙热、埃博拉和COVID-19提供了信息。同样，为了改善儿科护理，由h3非洲基金资助的宾夕法尼亚州匹兹堡大学和加纳阿克拉大学的研究员Solomon Ofori-Acquah去年建立了一个项目加纳新生儿基因筛查计划与此同时，还有一个基因咨询培训项目。

但是，在“非洲h3”资助结束后，非洲基因组学的所有这些进展还能持续下去吗?需要什么才能确保当前和未来的投资转化为改善人民健康?

在某些领域，很容易想象如何在非洲增加现实世界的基因组学应用。例如，建立一个全大陆范围的早期预警系统，以发现和跟踪疾病爆发，在很大程度上可以通过扩大ACEGID模型来实现。在整个非洲大陆建立一系列这样的中心，将有助于培训非洲科学家，帮助在非洲留住非洲人才，并确保非洲大陆制定有关非洲基因组监测的实践标准。

非洲疾病控制和预防中心已经建立了监控网络叫做病原体基因组学计划这包括国家公共卫生研究所和基因组学实验室，如ACEGID。

而在其他地区，健康益处则远未显现。这方面的例子包括治疗常见的非传染性疾病(如糖尿病)，主要原因是缺乏数据，以及治疗罕见疾病，主要原因是缺乏基因组医学服务。然而，接下来需要做什么正变得越来越清晰。

因为非洲人的基因组比欧洲血统的人的基因组有更长的进化史，并且包含更多的变异，他们提供了更丰富的与感兴趣的特征相关的变异来源，比如罕见的发育障碍。研究揭示了非洲基因组令人难以置信的潜力:用于开发诊断不同人群疾病的方法;发现新的治疗靶点;识别基因标记，表明某人对特定药物的反应。

例如，在全世界范围内，4号染色体上的基因突变被用于诊断亨廷顿舞蹈症。然而，存在另一种临床上难以区分的疾病，称为亨廷顿病样2 (HDL2)。这是由16号染色体上的一个基因突变引起的^8，9．到目前为止，所有的HDL2病例都是在非洲血统的人身上发现的。这表明，有亨廷顿舞蹈症症状但没有4号染色体突变的个体应该进行16号染色体突变的检测。

阅读这篇论文:高深度的非洲基因组为人类迁徙和健康提供信息

当涉及到在非洲基因组中寻找可翻译的发现时，为了实现最大的每次投资收益，需要在整个非洲建立一个基因组中心网络。在这样一个网络中工作的遗传学家应该与那些从事多年队列研究的人合作，梳理遗传和环境因素的影响，特别是对复杂疾病的影响。

一个令人鼓舞的迹象是为帮助建立非洲人口队列联盟提供了资金奖励。去年，内罗毕的非洲人口与健康研究中心获得了威康基金会的资助，与南非德班的非洲健康研究所共同开发并领导了这个联盟。它将整理健康监测数据和生物标本为大规模人口研究提供资料。

理想情况下，对非洲基因组计划的大规模投资将与建立一个类似于英国生物银行的泛非生物银行同时进行。自2006年以来，英国生物银行定期从50多万参与者那里收集健康和遗传信息。非洲h3组织已经在乌干达、尼日利亚和南非建立了生物储存库，收集与艾滋病有关的样本h3非洲遗传数据资源．拉丁美洲多样性遗传学(GLAD)项目¹⁰其中包括来自39项研究的约5.4万人的全基因组数据，表明这种标准化的、泛大陆的方法是可行的。

需要进行系统性改革

去年7月，就高度优先的科学问题向世卫组织总干事提供咨询的世界卫生组织科学理事会在一份特别报告中强调了基因组学对未来全球卫生的重要性¹¹．我们认为，响应世界卫生组织的号召并实现这里提出的目标，需要对非洲基因组学研究进行四个系统性变革。

政府投资。非洲各国政府在支持基因组学基础设施方面行动迟缓。这些国家都没有兑现在2007年非洲联盟大会上作出的到2010年将国内生产总值的1%用于研发的承诺。¹²和go.nature.com/3jt9dss）.

说服非洲的政治领导人投资基因组学一直具有挑战性，部分原因是可能需要几十年才能实现回报。基因组学益处的大多数证据来自对高收入环境下欧洲血统人口的研究，这一事实也使得科学家们更难说服非洲政府，基因组学可以帮助他们自己的人民。

然而，只要研究人员还依赖NIH等外部资助者的资助，非洲政府就无法拥有项目的所有权，也无法设定优先级。此外，政府对基因组学的持续承诺将使研究人员和保健从业人员能够继续在非洲工作，这对于将基因组医学的好处带给当地人口至关重要。

配对资助计划，即由捐助方提供资金，条件是受援方也提供资源(类似于联合国的资助计划)英国牛顿基金在选定的非洲、亚洲和南美国家)，可以帮助改变非洲过度依赖捐赠的趋势。

行业的支持。南非拥有非洲大陆大约四分之一的下一代测序设施¹³．基因组医学要对数百万人的健康产生影响，就需要生成与全球北方地区使用的数据质量相似的数据，并且必须以类似的速度和价格生成数据。

非洲两年的COVID-19:给世界的教训

更多的政府投资将有助于解决这一问题。公私伙伴关系也很关键。大型制药公司越来越多地表达了在非洲推广转化基因组学的兴趣。例如，在去年10月的美国人类遗传学学会年会上，一个由七家公司组成的新兴联盟与“非洲h3”的研究人员会面，讨论如何将目前支离破碎的计划转变为一个综合的公私合作伙伴关系。

基于非洲所有权原则和公平分配信贷和利益的负责任的工业参与可以帮助解决关键需求，例如缺乏测序机维护人员、负担得起的试剂和可靠的供应链。

各种努力已经证明了公私伙伴关系的前景。例如，得益于中国华大基因集团和南非医学研究委员会的合作，2018年在南非开普敦建立了一个基因组学中心。它是使用高通量测序技术检测南非废水中Omicron SARS-CoV-2变体的设施之一。同样，在2021年，倡导罕见疾病研究的非营利组织Illumina和遗传联盟(Genetic Alliance)推出了iHope遗传健康计划。这项耗资1.2亿美元的计划旨在扩大全基因组测序的全球范围，其中三分之一以上的资金将流向非洲。但是这样的联盟需要更加广泛。

遗传服务和电子健康记录。在美国，每50万人就有2名医学遗传学家和7名遗传顾问¹⁴．在南非，提供非洲最广泛的医学遗传学服务，这两个数字都不到0.2(见go.nature.com/3yjoxpk和裁判。¹⁵）.

为了让非洲人民受益于可能具有变革性的基因组医学应用，例如新兴的镰状细胞病基因疗法，每个国家都需要遗传咨询服务。(即使有有限的筛查，已知镰状细胞病每年影响非洲约22.5万名婴儿¹⁶．据我们估计，该病导致每1,000名5岁以下儿童死亡8-15人。)如果在临床护理中使用基因组信息成为常规，电子健康记录系统也是必不可少的。

公平的科学和研究参与者有意义的参与。殖民主义和科学种族主义的遗产继续阻碍非洲科学家公平参与基因组学的机会¹⁷．例如，专注于非洲最流行疾病的研究往往是由非非洲组织领导的。全球研究人员经常没有考虑如何公平地分享他们工作所带来的利益,一些基因组数据被不道德地使用^18，19．

改变这一现状需要所有利益攸关方以“非洲h3”等项目的成功为榜样，承诺促进与非洲伙伴的公平合作。包括主要慈善组织在内的更广泛的资助者需要支持非洲大陆的基因组学计划。应优先考虑由非洲科学家领导、代表非洲人民并侧重于与非洲社区有关的研究问题的项目建议。

为了确保根据生活在非洲的人们的优先事项来制定研究，与研究参与者的接触也必须适应特定的文化和语言。非洲大约有2000种语言，这是交流的一个重大障碍。Lyfe语言倡议是西澳大利亚州开发的一个项目，旨在帮助克服土著人和保健提供者之间的障碍，为如何实现这一目标提供了一种模式。该项目提供临床遗传学研究中经常使用的术语的土著语言翻译^20.．

下一个十年

一些一直依赖h3非洲基金的研究人员在竞争基因组学研究的全球资金方面处于有利地位。这包括美国国家卫生研究院和美国国家科学基金会提供的数据。许多人已获得资助，加入一个名为“非洲健康发现与创新数据科学”的新联盟(DS-I非洲）.这项工作的重点是数据科学和分析，建立在H3ABioNet, H3Africa的生物信息学培训计划的基础上，并由非洲科学院资助长达十年美国国立卫生研究院共同基金倡议．

大多数研究人员迫切需要非洲政府和其他资助者站出来，帮助他们在非洲大陆的研究中获得一个可行的未来。此外，政府的承诺对于确保非洲国家个性化医疗和医学遗传学服务的可持续未来至关重要。

这是一个“登月计划”企业推进非洲基因组学潜力的合适时机。一组h3非洲研究人员和美国国立卫生研究院的同事一起提出了一个基因组学卓越中心的计划。这些项目可以吸收多个基因组学项目，扩大培训规模，采用共同标准，并通过加强制度，提供比单独赞助单个项目更大的可持续性。该计划将于本月晚些时候在南非开普敦举行的国际人类遗传学大会上公布。

在短短十多年的时间里取得了令人难以置信的成就。但是，有了正确的利益相关者的正确投资，非洲可以在未来十年在基因组学方面取得更大的成就，其利益远远超出非洲大陆。