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“俯瞰”生命進程﹐中國科學家將主導基因組標籤計劃

來源﹕科技日報2019-05-24 09:22

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  記者 張佳星

  國際合作的人類基因組計劃(HGP)耗時13年﹑花費30億美元通讀了人類遺傳“密碼”﹐但很多生命問題仍然無解。例如基因組相同﹐細胞卻分化為不同器官﹐裡面發生了什麼﹖癌症發生的前﹑中﹑後期﹐細胞發生了哪些變化﹖……

  這些動態的生命“程序”有沒有可能被讀通﹖5月23日﹐香山科學會議在上海召開以“基因組標籤計劃(GTP)”為主題的學術討論會﹐建議啟動由我國科學家全權主導的基因組標籤計劃﹐協作完成複雜的生命程序讀通工作。

  “生命是一個動態程序。基因組解碼是靜態的﹐難以體現生命實質。而後基因組時代﹐人們開始探索生命過程中生物大分子的相互作用以及作用程序。”中國科學院生物化學與細胞生物學研究所研究員李勁松說﹐但這類研究目前還處於“盲人摸象”的階段﹐更談不上掌握其規律。

  基於正在發展的GTP平臺﹐人們有可能在分子水平上﹐高精度﹑高準確度地對生命活動進行時空追蹤。中國科學院院士李林表示﹕“我們瞄準的是重大科學問題的解決﹐利用﹕GTP平臺,通過形成科學共同體的方式突破人類對生命認知的極限。同時﹐GTP項目的實施將帶動相關科學領域的發展﹐如標籤技術﹑蛋白質分析技術等﹐最終將有望促使生命科學研究水平的整體提昇。”此外﹐GTP計劃還有望帶領人類走進生命科學研究的“不毛之地”﹐例如謎團巨大的腦科學領域﹑不明作用的“基因沙漠”等。

  中國科學家主導順理成章

  HGP的啟動基於人類掌握了基因測序技術──桑格測序法﹐GTP的啟動同樣基於新技術的發明﹐即我國科學家在“人造精子細胞”介導半克隆領域具有全球領先的技術﹑專利和研究。

  “因此﹐GTP計劃由我國科學家主導順理成章。”李勁松表示﹐目前的蛋白質分析技術難以實時反映蛋白質的生命功能。中國科學家通過發明“人造精子細胞”﹐把對蛋白質的研究回歸到在動物活體中進行﹐大大提高了基因編輯動物模型的構建效率﹐並保證了基因編輯的準確性。“我們通過基因編輯的手段在‘人造精子細胞’中將特定的標籤序列整合到某個編碼蛋白質基因序列中﹐其基因操作將準確地反映到半克隆小鼠中。”李勁松表示﹐在動物活體中研究蛋白質﹐實現了在體﹑原位﹑實時﹑動態。

  搭建平臺﹐瞄準重大科學問題

  “這是一個整體項目﹐因此必須在開始時就統一標準﹐保證數據的一致性。”李勁松介紹﹐GTP先期獲得中國科學院戰略性先導B類專項和上海市科委項目的支持﹐目前已經成立了生化與細胞所GTP研發中心﹐制定了標準操作程序。目前﹐GTP研發中心已經獲得500余株標籤“人造精子細胞”系和140余個標籤小鼠品系。

  千里之行﹐始于足下﹐GTP計劃從搭建平臺開始做起。“我們計劃5─10年內﹐針對基因組範圍的蛋白質基因進行標籤﹐獲得基因組(約2.5萬個基因)的‘人造精子細胞’庫﹐並獲得5000余種與人同源的重要蛋白質的標籤小鼠﹐形成有國際影響力的實驗動物研發平臺。”李勁松說。

  “目前我們已經開展了相關的合作﹐也包括一些國際合作。”李勁松說﹐GTP研發中心也正在籌備相關網絡平臺的建設﹐科研團隊不久之後就可以通過網絡申請提請合作。生命科學家能第一時間利用這一平臺開展大科學研究計劃﹐如描繪精准的發育過程中的蛋白質圖譜﹑探究腫瘤或其他疾病發病的相關蛋白質﹐為其精准治療提供藥物靶點和新型診療方式等。

  任務龐大﹐創新與協作將貫穿始終

  著名的“冰山理論”非常適合描述GTP的工作任務體量。李勁松解釋道﹐如果說2.5萬個功能基因是浮出水面的“冰山”﹐那麼其對應的蛋白質﹑蛋白質構象的變化﹑蛋白質調控通路等更多的研究任務則是水面下更大的冰山﹐體量很可能是露出水面的上百倍。

  儘管為了推動GTP﹐中科院生化與細胞研究所專門建立了GTP研發中心﹐但是﹐“整體工作的體量﹐不可能是一家單位能夠完成的。”李勁松說。

  此外﹐向冰山下的延伸還需要“知識基礎”﹐對某一條細胞通路或蛋白質特性進行過深耕的研究組﹐輔以新技術的“加持”﹐將會“如虎添翼”﹐因此GTP計劃需要有生命科學研究基礎的科研團隊﹐當然也會有一定的進入門檻。

  “新技術也會隨著計劃的開展不斷創新。”中科院生化與細胞所研究員李黨生說﹐例如﹐GTP2.0時代或將探索熒光標記的使用﹐最終實現蛋白質表達的可視化﹐科學家不必在條帶中確認蛋白質的表達量﹐甚至可能通過熒光定性定量。

  屆時﹐展現在人類眼前的將不僅僅是人類2.5萬編碼蛋白質基因的表達和翻譯﹐還可能直擊蛋白質表達的“時序”﹐甚至觀看到生命由受精卵長成中生命進程“路線圖”的動畫版。

[ 責編﹕肖春芳 ]
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