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通过扫描几个人基因组的样本，研究人员可以梳理出基因变异与特定疾病之间的联系。这些全基因组关联研究已经阐明了一些与易患类风湿性关节炎、双相情感障碍、克罗恩病、糖尿病和其他疾病相关的基因，为新的研究和更好的治疗方法铺平了道路。
然而，对于许多复杂疾病来说，遗传学只能说明部分情况。环境因素，如饮食和化学物质暴露，在决定个人患各种疾病的风险方面已变得越来越明显。但是，长期以来，人们一直认为这些环境暴露过于细微和多变，无法像遗传学那样进行精确测量。
斯坦福大学的一个研究团队希望改变这种状况。在一项于5月20日在《PLoS ONE》杂志上在线发表的研究中，他们描述了一种新的、基于环境的2型糖尿病风险因素筛查方法，他们将其称为全环境关联研究（或EWAS，与GWAS，即全基因组关联研究相对应）。它有望揭示这种疾病和其他疾病新的环境联系。
斯坦福大学生物医学信息学和儿科学助理教授阿图尔·布特说：“每个人都专注于疾病的遗传原因。” 但是，他指出，最近“人们对我们能够用遗传学解释的少量风险感到不满”。
美国有2360万人患有2型糖尿病的遗传标志，但这些标志未能充分解释个人明显的风险。尽管宏观生活方式因素，如高糖摄入和缺乏运动，已被证明会增加一个人患糖尿病的风险，但布特和他的同事们并不满意。“我们是否确信环境中没有其他因素在糖尿病中发挥作用？”他问道。
根据他们对266个环境变量以及参与一项国家健康调查的数千人中2型糖尿病的患病情况的新分析，布特和他的团队能够证实疑似的联系，包括多氯联苯（PCBs，现在在美国已被禁用，但仍可在旧电容器、玻璃纤维和粘合剂中找到），并揭示新的联系，例如一种农药产品和一种常见的维生素E形式。
环境生物信息学
人们一生中接触到的环境成分基本上是无穷无尽的，因此评估个人的总暴露史似乎是不可能的。但是，借助来自国家健康和营养检查调查（由美国疾病控制与预防中心管理）的数据，布特和他的同事们能够获得关于环境因素（从血液和尿液样本中测量并在数据库中记录）以及个人的健康状况、疾病诊断和空腹血糖水平（可以显示糖尿病存在的指标）的可靠信息。
尽管所研究的环境因素列表绝非详尽无遗，但化学变量可以按照与遗传学家在基因芯片上运行的选定单核苷酸多态性 (SNP) 相同的思路进行分析。“他们不可能把所有变异都放在上面，”布特在谈到基因组研究人员时说。但是，当扫描确实检测到特定的SNP时，它可能代表数十个未被专门测试的其他SNP。因此，遗传学和EWAS模型都没有提供全面的列表，而是可以检测到一种信号，表明“我们应该关注整个类别”的化学物质或SNP，他说。
该项目源于斯坦福大学研究生奇拉格·帕特尔（Chirag Patel）的想法，他是该研究的主要作者，他找到布特，希望找到一种“将生物信息学用于环境”的方法，布特解释道。
帕特尔创建了一个专门的计算机程序，用于评估从CDC的健康调查数据库中收集的相关信息。在控制了年龄、性别、体重指数、种族和社会经济地位后，该小组发现，高水平PCBs的人患2型糖尿病的几率为15%，这一相关性已在之前的研究中得到证实。他们还发现，高水平的β-胡萝卜素似乎具有保护作用，将患糖尿病的风险降低约9%（另一个联系在其他研究中也已看到，尽管尚未在临床试验中得到证实）。
最大的惊喜来自一种以前在农药中发现的化学物质和一种常见的维生素E形式——它们的水平似乎会影响个人患糖尿病的可能性。环氧七氯来源于20世纪80年代在美国被禁用的农药。它仍然存在于土壤和水源中，并可能出现在食物中，并通过母乳传播。高水平的环氧七氯似乎将2型糖尿病的风险增加到约7%。而低水平的γ-生育酚形式的维生素E（存在于水果、坚果和蔬菜中）似乎将个人不患2型糖尿病的机会提高了7%。
通过EWAS发现的联系并不能证明暴露于PCBs或多吃水果会增加一个人患糖尿病的风险。因果关系只能通过长期跟踪个人的纵向研究来确定。这些联系可能表明疾病人群在处理或应对各种化合物方面的生物学差异。布特指出，有必要进行实验室研究和基于人群的研究，以更好地理解这些联系的性质。
新线索
像扫描基因微阵列一样，这种大规模的环境风险因素评估可以揭示研究人员可能没有想到要调查的新联系。许多化学物质和化合物已经与疾病联系起来，例如石棉和癌症，或维生素D缺乏症和骨质疏松症，但通过广泛的暴露范围进行搜索，新的联系可能有助于引导人们更好地理解疾病背后的生物学机制，以及更好的治疗和预防。
布特说：“这给了我们一个线索，我们应该更密切地研究那种特定的化学物质。”
这种研究水平也为未来更统一地调查环境和遗传因素铺平了道路。“许多因素确实会相互作用，”布特说。但是，他警告说，“相互关系非常复杂。” 尽管布特不希望他的团队的分析系统会立即与全基因组关联研究结合起来，但他和他的同事在他们的研究中指出，“EWAS的结果可以更好地告知我们需要在遗传研究中测量的环境因素，以便开始为我们提供关于疾病病因学的见解。”
追赶遗传学
流行病学家几十年来一直在调查环境暴露与疾病之间的联系，但是，布特指出，他们主要依赖于特定事件，例如化学品泄漏或其他灾难，然后寻找不同疾病的激增。因此，研究人员在很大程度上陷入了“像15年前的遗传学一样，一个接一个地”调查环境因素的困境，他说。
借助大规模的、基于人群的评估，这种情况可能会改变，无论是在找出环境在疾病中的作用的速度还是广度方面。
布特希望生物技术公司很快将生产芯片，以进行环境因素的平行筛选，类似于现在可以快速且廉价地运行的基因芯片。生物学评估是使用相对简单的血液和尿液样本分析完成的，这意味着，“许多这些测试可以以平行方法完成，”布特说。
他说，目标是“将环境研究提升到遗传学的水平”。
但是这两个领域之间的差距可能无论如何都在缩小，因为遗传学方面的变量数量，随着表观遗传学和其他更微妙的动态，似乎每天都在增长。
与此同时，布特和他的团队已经在其他一些复杂的常见疾病（包括胆固醇和脂质水平）上释放了EWAS。他们已经注意到不同胆固醇和脂质水平之间不同环境暴露的单独峰值，其中一些“非常有趣”，他说。
新的检测结果强调了环境流行病学家和遗传流行病学家之间加强合作的必要性，布特表示。他和他的同事在他们的论文中总结说，这些发现“要求重新思考和调整”在疾病风险背景下研究遗传学和环境的方式。“时机已经成熟，”他们写道，“迎接‘环境组学’的到来。”