記者 張佳星

國際合作的人類基因組計(jì)劃(HGP)耗時(shí)13年、花費(fèi)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(dòng)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(huì)議在上海召開以“基因組標(biāo)簽計(jì)劃(GTP)”為主題的學(xué)術(shù)討論會(huì)，建議啟動(dòng)由我國科學(xué)家全權(quán)主導(dǎo)的基因組標(biāo)簽計(jì)劃，協(xié)作完成復(fù)雜的生命程序讀通工作。

“生命是一個(gè)動(dòng)態(tài)程序?；蚪M解碼是靜態(tài)的，難以體現(xiàn)生命實(shí)質(zhì)。而后基因組時(shí)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(tái)，人們有可能在分子水平上，高精度、高準(zhǔn)確度地對(duì)生命活動(dòng)進(jìn)行時(shí)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(tái),通過形成科學(xué)共同體的方式突破人類對(duì)生命認(rèn)知的極限。同時(shí)，GTP項(xiàng)目的實(shí)施將帶動(dòng)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(jì)劃還有望帶領(lǐng)人類走進(jìn)生命科學(xué)研究的“不毛之地”，例如謎團(tuán)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(dòng)基于人類掌握了基因測序技術(shù)——桑格測序法，GTP的啟動(dòng)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(jì)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(shí)時(shí)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(duì)蛋白質(zhì)的研究回歸到在動(dòng)物活體中進(jìn)行，大大提高了基因編輯動(dòng)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(gè)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(dòng)物活體中研究蛋白質(zhì)，實(shí)現(xiàn)了在體、原位、實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)。

搭建平臺(tái)，瞄準(zhǔn)重大科學(xué)問題

“這是一個(gè)整體項(xiàng)目，因此必須在開始時(shí)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(xiàng)和上海市科委項(xiàng)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(gè)標(biāo)簽小鼠品系。

千里之行，始于足下，GTP計(jì)劃從搭建平臺(tái)開始做起。“我們計(jì)劃5—10年內(nèi)，針對(duì)基因組范圍的蛋白質(zhì)基因進(jìn)行標(biāo)簽，獲得基因組(約2.5萬個(gè)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(shí)驗(yàn)動(dòng)物研發(fā)平臺(tái)。”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(tái)的建設(shè)，科研團(tuán)隊(duì)不久之后就可以通過網(wǎng)絡(luò)申請(qǐng)?zhí)嵴?qǐng)合作。生命科學(xué)家能第一時(shí)間利用這一平臺(tái)開展大科學(xué)研究計(jì)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(diǎn)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(gè)功能基因是浮出水面的“冰山”，那么其對(duì)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(dòng)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(shí)基礎(chǔ)”，對(duì)某一條細(xì)胞通路或蛋白質(zhì)特性進(jìn)行過深耕的研究組，輔以新技術(shù)的“加持”，將會(huì)“如虎添翼”，因此GTP計(jì)劃需要有生命科學(xué)研究基礎(chǔ)的科研團(tuán)隊(duì)，當(dāng)然也會(huì)有一定的進(jìn)入門檻。

“新技術(shù)也會(huì)隨著計(jì)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(shí)代或?qū)⑻剿鳠晒鈽?biāo)記的使用，最終實(shí)現(xiàn)蛋白質(zhì)表達(dá)的可視化，科學(xué)家不必在條帶中確認(rèn)蛋白質(zhì)的表達(dá)量，甚至可能通過熒光定性定量。

屆時(shí)，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(dá)和翻譯，還可能直擊蛋白質(zhì)表達(dá)的“時(shí)序”，甚至觀看到生命由受精卵長成中生命進(jìn)程“路線圖”的動(dòng)畫版。