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          2. “俯瞰”生命進程,中國科學家將主導基因組標簽計劃

            2019-05-24 10:06:51 來源: 中國科技網-科技日報 作者: 張佳星
            基因,基因組標簽,


            圖片來自網絡

            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,里面發生了什么?癌癥發生的前、中、后期,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“基因組標簽計劃(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簽計劃,協作完成復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。而后基因組時代,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于“盲人摸象”的階段,更談不上掌握其規律。

            基于正在發展的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,如標簽技術、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升。”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的啟動基于人類掌握了基因測序技術——桑格測序法,GTP的啟動同樣基于新技術的發明,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,并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’中將特定的標簽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余株標簽“人造精子細胞”系和140余個標簽小鼠品系。

            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,針對基因組范圍的蛋白質基因進行標簽,獲得基因組(約2.5萬個基因)的‘人造精子細胞’庫,并獲得5000余種與人同源的重要蛋白質的標簽小鼠,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,科研團隊不久之后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,如描繪精準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,為其精準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”,那么其對應的蛋白質、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。

            盡管為了推動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。

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            責任編輯:田新盛
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