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(xì)胞卻分化為不同器官,里面發(fā)生了什么?癌癥發(fā)生的前、中、后期,細(xì)胞發(fā)生了哪些變化?……
這些動態(tài)的生命“程序”有沒有可能被讀通?5月23日,香山科學(xué)會議在上海召開以“基因組標(biāo)簽計劃(GTP)”為主題的學(xué)術(shù)討論會,建議啟動由我國科學(xué)家全權(quán)主導(dǎo)的基因組標(biāo)簽計劃,協(xié)作完成復(fù)雜的生命程序讀通工作。
“生命是一個動態(tài)程序。基因組解碼是靜態(tài)的,難以體現(xiàn)生命實質(zhì)。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(xué)院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)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(guī)律。
基于正在發(fā)展的GTP平臺,人們有可能在分子水平上,高精度、高準(zhǔn)確度地對生命活動進行時空追蹤。中國科學(xué)院院士李林表示:“我們瞄準(zhǔn)的是重大科學(xué)問題的解決,利用:GTP平臺,通過形成科學(xué)共同體的方式突破人類對生命認(rèn)知的極限。同時,GTP項目的實施將帶動相關(guān)科學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展,如標(biāo)簽技術(shù)、蛋白質(zhì)分析技術(shù)等,最終將有望促使生命科學(xué)研究水平的整體提升。”此外,GTP計劃還有望帶領(lǐng)人類走進生命科學(xué)研究的“不毛之地”,例如謎團巨大的腦科學(xué)領(lǐng)域、不明作用的“基因沙漠”等。
中國科學(xué)家主導(dǎo)順理成章
HGP的啟動基于人類掌握了基因測序技術(shù)——桑格測序法,GTP的啟動同樣基于新技術(shù)的發(fā)明,即我國科學(xué)家在“人造精子細(xì)胞”介導(dǎo)半克隆領(lǐng)域具有全球領(lǐng)先的技術(shù)、專利和研究。
“因此,GTP計劃由我國科學(xué)家主導(dǎo)順理成章。”李勁松表示,目前的蛋白質(zhì)分析技術(shù)難以實時反映蛋白質(zhì)的生命功能。中國科學(xué)家通過發(fā)明“人造精子細(xì)胞”,把對蛋白質(zhì)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(gòu)建效率,并保證了基因編輯的準(zhǔn)確性。“我們通過基因編輯的手段在‘人造精子細(xì)胞’中將特定的標(biāo)簽序列整合到某個編碼蛋白質(zhì)基因序列中,其基因操作將準(zhǔn)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(zhì),實現(xiàn)了在體、原位、實時、動態(tài)。
搭建平臺,瞄準(zhǔn)重大科學(xué)問題
“這是一個整體項目,因此必須在開始時就統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),保證數(shù)據(jù)的一致性。”李勁松介紹,GTP先期獲得中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)B類專項和上海市科委項目的支持,目前已經(jīng)成立了生化與細(xì)胞所GTP研發(fā)中心,制定了標(biāo)準(zhǔn)操作程序。目前,GTP研發(fā)中心已經(jīng)獲得500余株標(biāo)簽“人造精子細(xì)胞”系和140余個標(biāo)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(nèi),針對基因組范圍的蛋白質(zhì)基因進行標(biāo)簽,獲得基因組(約2.5萬個基因)的‘人造精子細(xì)胞’庫,并獲得5000余種與人同源的重要蛋白質(zhì)的標(biāo)簽小鼠,形成有國際影響力的實驗動物研發(fā)平臺。”李勁松說。
“目前我們已經(jīng)開展了相關(guān)的合作,也包括一些國際合作。”李勁松說,GTP研發(fā)中心也正在籌備相關(guān)網(wǎng)絡(luò)平臺的建設(shè),科研團隊不久之后就可以通過網(wǎng)絡(luò)申請?zhí)嵴埡献鳌I茖W(xué)家能第一時間利用這一平臺開展大科學(xué)研究計劃,如描繪精準(zhǔn)的發(fā)育過程中的蛋白質(zhì)圖譜、探究腫瘤或其他疾病發(fā)病的相關(guān)蛋白質(zhì),為其精準(zhǔn)治療提供藥物靶點和新型診療方式等。
任務(wù)龐大,創(chuàng)新與協(xié)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(wù)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(yīng)的蛋白質(zhì)、蛋白質(zhì)構(gòu)象的變化、蛋白質(zhì)調(diào)控通路等更多的研究任務(wù)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(xì)胞研究所專門建立了GTP研發(fā)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(chǔ)”,對某一條細(xì)胞通路或蛋白質(zhì)特性進行過深耕的研究組,輔以新技術(shù)的“加持”,將會“如虎添翼”,因此GTP計劃需要有生命科學(xué)研究基礎(chǔ)的科研團隊,當(dāng)然也會有一定的進入門檻。
“新技術(shù)也會隨著計劃的開展不斷創(chuàng)新。”中科院生化與細(xì)胞所研究員李黨生說,例如,GTP2.0時代或?qū)⑻剿鳠晒鈽?biāo)記的使用,最終實現(xiàn)蛋白質(zhì)表達的可視化,科學(xué)家不必在條帶中確認(rèn)蛋白質(zhì)的表達量,甚至可能通過熒光定性定量。
屆時,展現(xiàn)在人類眼前的將不僅僅是人類2.5萬編碼蛋白質(zhì)基因的表達和翻譯,還可能直擊蛋白質(zhì)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。記者 張佳星
關(guān)鍵詞: