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透過掃描幾個人基因組的樣本，研究人員可以梳理出基因變異與特定疾病之間的聯絡。這些全基因組關聯研究已經闡明瞭一些與易患類風溼性關節炎、雙相情感障礙、克羅恩病、糖尿病和其他疾病相關的基因，為新的研究和更好的治療方法鋪平了道路。
然而，對於許多複雜疾病來說，遺傳學只能說明部分情況。環境因素，如飲食和化學物質暴露，在決定個人患各種疾病的風險方面已變得越來越明顯。但是，長期以來，人們一直認為這些環境暴露過於細微和多變，無法像遺傳學那樣進行精確測量。
斯坦福大學的一個研究團隊希望改變這種狀況。在一項於5月20日在《PLoS ONE》雜誌上線上發表的研究中，他們描述了一種新的、基於環境的2型糖尿病風險因素篩查方法，他們將其稱為全環境關聯研究（或EWAS，與GWAS，即全基因組關聯研究相對應）。它有望揭示這種疾病和其他疾病新的環境聯絡。
斯坦福大學生物醫學資訊學和兒科學助理教授阿圖爾·布特說：“每個人都專注於疾病的遺傳原因。” 但是，他指出，最近“人們對我們能夠用遺傳學解釋的少量風險感到不滿”。
美國有2360萬人患有2型糖尿病的遺傳標誌，但這些標誌未能充分解釋個人明顯的風險。儘管宏觀生活方式因素，如高糖攝入和缺乏運動，已被證明會增加一個人患糖尿病的風險，但布特和他的同事們並不滿意。“我們是否確信環境中沒有其他因素在糖尿病中發揮作用？”他問道。
根據他們對266個環境變數以及參與一項國家健康調查的數千人中2型糖尿病的患病情況的新分析，布特和他的團隊能夠證實疑似的聯絡，包括多氯聯苯（PCBs，現在在美國已被停用，但仍可在舊電容器、玻璃纖維和粘合劑中找到），並揭示新的聯絡，例如一種農藥產品和一種常見的維生素E形式。
環境生物資訊學
人們一生中接觸到的環境成分基本上是無窮無盡的，因此評估個人的總暴露史似乎是不可能的。但是，藉助來自國家健康和營養檢查調查（由美國疾病控制與預防中心管理）的資料，布特和他的同事們能夠獲得關於環境因素（從血液和尿液樣本中測量並在資料庫中記錄）以及個人的健康狀況、疾病診斷和空腹血糖水平（可以顯示糖尿病存在的指標）的可靠資訊。
儘管所研究的環境因素列表絕非詳盡無遺，但化學變數可以按照與遺傳學家在基因晶片上執行的選定單核苷酸多型性 (SNP) 相同的思路進行分析。“他們不可能把所有變異都放在上面，”布特在談到基因組研究人員時說。但是，當掃描確實檢測到特定的SNP時，它可能代表數十個未被專門測試的其他SNP。因此，遺傳學和EWAS模型都沒有提供全面的列表，而是可以檢測到一種訊號，表明“我們應該關注整個類別”的化學物質或SNP，他說。
該專案源於斯坦福大學研究生奇拉格·帕特爾（Chirag Patel）的想法，他是該研究的主要作者，他找到布特，希望找到一種“將生物資訊學用於環境”的方法，布特解釋道。
帕特爾建立了一個專門的計算機程式，用於評估從CDC的健康調查資料庫中收集的相關資訊。在控制了年齡、性別、體重指數、種族和社會經濟地位後，該小組發現，高水平PCBs的人患2型糖尿病的機率為15%，這一相關性已在之前的研究中得到證實。他們還發現，高水平的β-胡蘿蔔素似乎具有保護作用，將患糖尿病的風險降低約9%（另一個聯絡在其他研究中也已看到，儘管尚未在臨床試驗中得到證實）。
最大的驚喜來自一種以前在農藥中發現的化學物質和一種常見的維生素E形式——它們的水平似乎會影響個人患糖尿病的可能性。環氧七氯來源於20世紀80年代在美國被停用的農藥。它仍然存在於土壤和水源中，並可能出現在食物中，並透過母乳傳播。高水平的環氧七氯似乎將2型糖尿病的風險增加到約7%。而低水平的γ-生育酚形式的維生素E（存在於水果、堅果和蔬菜中）似乎將個人不患2型糖尿病的機會提高了7%。
透過EWAS發現的聯絡並不能證明暴露於PCBs或多吃水果會增加一個人患糖尿病的風險。因果關係只能透過長期跟蹤個人的縱向研究來確定。這些聯絡可能表明疾病人群在處理或應對各種化合物方面的生物學差異。布特指出，有必要進行實驗室研究和基於人群的研究，以更好地理解這些聯絡的性質。
新線索
像掃描基因微陣列一樣，這種大規模的環境風險因素評估可以揭示研究人員可能沒有想到要調查的新聯絡。許多化學物質和化合物已經與疾病聯絡起來，例如石棉和癌症，或維生素D缺乏症和骨質疏鬆症，但透過廣泛的暴露範圍進行搜尋，新的聯絡可能有助於引導人們更好地理解疾病背後的生物學機制，以及更好的治療和預防。
布特說：“這給了我們一個線索，我們應該更密切地研究那種特定的化學物質。”
這種研究水平也為未來更統一地調查環境和遺傳因素鋪平了道路。“許多因素確實會相互作用，”布特說。但是，他警告說，“相互關係非常複雜。” 儘管布特不希望他的團隊的分析系統會立即與全基因組關聯研究結合起來，但他和他的同事在他們的研究中指出，“EWAS的結果可以更好地告知我們需要在遺傳研究中測量的環境因素，以便開始為我們提供關於疾病病因學的見解。”
追趕遺傳學
流行病學家幾十年來一直在調查環境暴露與疾病之間的聯絡，但是，布特指出，他們主要依賴於特定事件，例如化學品洩漏或其他災難，然後尋找不同疾病的激增。因此，研究人員在很大程度上陷入了“像15年前的遺傳學一樣，一個接一個地”調查環境因素的困境，他說。
藉助大規模的、基於人群的評估，這種情況可能會改變，無論是在找出環境在疾病中的作用的速度還是廣度方面。
布特希望生物技術公司很快將生產晶片，以進行環境因素的平行篩選，類似於現在可以快速且廉價地執行的基因晶片。生物學評估是使用相對簡單的血液和尿液樣本分析完成的，這意味著，“許多這些測試可以以平行方法完成，”布特說。
他說，目標是“將環境研究提升到遺傳學的水平”。
但是這兩個領域之間的差距可能無論如何都在縮小，因為遺傳學方面的變數數量，隨著表觀遺傳學和其他更微妙的動態，似乎每天都在增長。
與此同時，布特和他的團隊已經在其他一些複雜的常見疾病（包括膽固醇和脂質水平）上釋放了EWAS。他們已經注意到不同膽固醇和脂質水平之間不同環境暴露的單獨峰值，其中一些“非常有趣”，他說。
新的檢測結果強調了環境流行病學家和遺傳流行病學家之間加強合作的必要性，布特表示。他和他的同事在他們的論文中總結說，這些發現“要求重新思考和調整”在疾病風險背景下研究遺傳學和環境的方式。“時機已經成熟，”他們寫道，“迎接‘環境組學’的到來。”