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，里面發(fā)生了什么?癌癥發(fā)生的前、中、后期，細胞發(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?；蚪M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(zhì)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(zhì)，實現(xiàn)了在體、原位、實時、動態(tài)。

搭建平臺，瞄準重大科學(xué)問題

“這是一個整體項目，因此必須在開始時就統(tǒng)一標準，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)成立了生化與細胞所GTP研發(fā)中心，制定了標準操作程序。目前，GTP研發(fā)中心已經(jīng)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(nèi)，針對基因組范圍的蛋白質(zhì)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(zhì)的標簽小鼠，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?。生命科學(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。”中科院生化與細胞所研究員李黨生說，例如，GTP2.0時代或?qū)⑻剿鳠晒鈽擞浀氖褂?，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。