前不久,歷經(jīng)多年論證、被譽(yù)為我國生命科學(xué)研究領(lǐng)域里程碑事件的中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃(簡(jiǎn)稱(chēng)CNHPP)正式在京啟動(dòng),來(lái)自清華大學(xué)、北京大學(xué)、中國科學(xué)院、軍事醫學(xué)科學(xué)院、解放軍總醫院、復旦大學(xué)等40多所高校、科研機構的近百名專(zhuān)家,共同見(jiàn)證了這一歷史性時(shí)刻。
蛋白質(zhì)組計劃和基因組計劃有何不同?中國的蛋白質(zhì)組研究在國際上處于什么位置?中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃將如何進(jìn)行?
圍繞上述問(wèn)題,人民日報記者獨家采訪(fǎng)了有關(guān)專(zhuān)家。
一問(wèn):為什么要搞中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃?
生,源于基因組;命,卻一定由蛋白質(zhì)組決定。只有蛋白質(zhì)組才能從根本上闡釋生命
相比“蛋白質(zhì)組”,“蛋白質(zhì)”一詞更為人們所熟知。它是生物體內一種極為重要的高分子有機物,占人體干重的54%,1838年由荷蘭科學(xué)家格里特首先發(fā)現。
基于此,1994年,澳大利亞科學(xué)家率先提出“蛋白質(zhì)組”,意指某個(gè)時(shí)刻,某個(gè)組織、器官或個(gè)體中所有蛋白質(zhì)的集合,是一個(gè)整體的概念。
科學(xué)家們之所以對蛋白質(zhì)組產(chǎn)生濃厚興趣,還得從人類(lèi)基因組計劃說(shuō)起。2003年4月,經(jīng)由6國科學(xué)家歷時(shí)13年奮戰的人類(lèi)基因組計劃畫(huà)上了句號。
“科學(xué)界曾經(jīng)認為,只要繪制出人類(lèi)基因組序列圖,就能了解疾病的根源。但我們錯了。“國際蛋白質(zhì)組組織首任主席薩姆 哈納什說(shuō),事實(shí)上,我們只了解10%基因的功能,剩下的90%仍是未知的。
“人們總以為蛋白質(zhì)組計劃是基因組計劃的附庸或者說(shuō)是子產(chǎn)品,這也是一個(gè)誤區。人類(lèi)基因組計劃并不像事前所預期的那樣,能夠逾越蛋白質(zhì)這一生物功能去揭示人類(lèi) 生、老、病、死的全部秘密,基因組序列只是提供了一維遺傳信息,而更復雜的多維信息則發(fā)生在蛋白質(zhì)組層面。”國際人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃執委、亞太蛋白質(zhì)組組織 主席、中國科學(xué)院院士賀福初說(shuō),基因組和蛋白質(zhì)組的關(guān)系,好比詞典與文章、元素表與化工廠(chǎng)。
“基因組學(xué)中微小的差異,在蛋白質(zhì)組學(xué)中可以被千倍甚至近萬(wàn)倍地放大,想要解密基因組,必須先系統認識蛋白質(zhì)組。”賀福初認為。
他舉例說(shuō),人體各個(gè)器官如耳、鼻、喉、心、肝、肺,其基因組完全相同,不同的是蛋白質(zhì)組。因此,不同器官形態(tài)、功能各異,是蛋白質(zhì)組在背后“操盤(pán)”。
“就 像蛹化蝶,無(wú)論形態(tài)如何變化,基因組是不變的。”軍事醫學(xué)科學(xué)院放射與輻射醫學(xué)研究所研究員錢(qián)小紅這樣比喻。在她看來(lái),人的每一種生命形態(tài),都是特定蛋白 質(zhì)組在不同時(shí)間、空間出現并發(fā)揮功能的結果。比如,某些蛋白質(zhì)表達量偏離常態(tài)的高或低,就能夠表征人體可能處于某種疾病狀態(tài)。
“生,源于基 因組;命,卻一定由蛋白質(zhì)組決定。只有蛋白質(zhì)組才能從根本上闡釋生命。”賀福初進(jìn)一步解釋道,“蛋白質(zhì)組,可以揭示疾病的發(fā)病機制和病理過(guò)程,發(fā)現新型診 斷標志物、治療和創(chuàng )新藥物,可以全面提高疾病防診治水平。這個(gè)項目如完成,將揭示人體器官蛋白質(zhì)組的構成,一旦哪一部位出現異常即可實(shí)現‘GPS定位’, 進(jìn)而找到針對性的診斷措施、干預措施和預防措施。”
二問(wèn):中國能搞人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃嗎?
以賀福初院士為代表的中國蛋白質(zhì)組研究團隊,在該領(lǐng)域向世界交上了一份漂亮的答卷,在某些方面已走在全球前列
近代以來(lái),中國先后錯過(guò)了多次世界科技革命的機遇。蛋白質(zhì)組學(xué)研究,恰恰是我國生命科學(xué)中少數幾個(gè)能夠始終躋身世界前沿的科學(xué)領(lǐng)域。
據專(zhuān)家介紹,中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組事業(yè)的發(fā)展,也催生了一系列大型研究基地和覆蓋全國的協(xié)作網(wǎng)絡(luò )。據不完全統計,目前包括中科院、教育部、衛生計生委、軍隊以及 湖南、廣東、重慶、浙江等在內的省部級重點(diǎn)實(shí)驗室已超過(guò)10個(gè)。由賀福初院士發(fā)起,以軍事醫學(xué)科學(xué)院、清華、北大為代表的7家單位共同籌建的北京蛋白質(zhì)組 研究中心,于2005年被確立為“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計劃”國際執行總部,成為一座世界級的“生命之都”。
此外,自2000年至2010年,中國累計發(fā)表論文2800多篇,位列全球該領(lǐng)域第四。值得一提的是,最近4年,中國在該領(lǐng)域發(fā)文量直線(xiàn)上升,歷史性地達到1000多篇,年度論文發(fā)表數已躍居世界第二(第一為美國),位居全國其他學(xué)科前列。
歷經(jīng)十余年的努力,中國蛋白質(zhì)組研究團隊向世界交上了一份漂亮的答卷:成功構建迄今國際上質(zhì)量最高、規模最大的人類(lèi)第一個(gè)器官——肝臟蛋白質(zhì)組的表達譜、修 飾譜、連鎖圖及其綜合數據庫;首次實(shí)現人類(lèi)組織與器官轉錄組和蛋白質(zhì)組的全面對接;在炎癥誘發(fā)腫瘤等方面,發(fā)現一批針對肝臟疾病、惡性腫瘤等重大疾病的潛 在藥靶、蛋白質(zhì)藥物和生物標志物。如,2008年,張學(xué)敏課題組首次發(fā)現炎癥和免疫的新型調控分子CUEDC2,可作為腫瘤耐藥的新標志物,從而為克服癌 細胞耐藥提供了原創(chuàng )性的藥物新靶點(diǎn)和治療新思路。2010年,周鋼橋課題組“逮到”肝癌的易感基因,為肝癌的風(fēng)險預測和早期預警提供了重要理論依據和生物 標記……上述幾項成果均發(fā)表于國際頂級的《科學(xué)》《自然》系列雜志。
三問(wèn):中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃怎樣進(jìn)行?
將分三個(gè)階段進(jìn)行,計劃產(chǎn)生的大數據將全景式地揭示人體蛋白質(zhì)組成及其調控規律,解讀人類(lèi)基因組這部“天書(shū)”
世界蛋白質(zhì)組學(xué)領(lǐng)域內的新一輪科技競賽已開(kāi)始。中科院院士張玉奎指出,雖然中國在蛋白質(zhì)組一些領(lǐng)域走在了世界前列,但國外有些團隊如今正快馬加鞭。這警醒我們:必須加快步伐,否則很快將被甩出第一陣營(yíng)。
“逆水行舟不進(jìn)則退,我們絕不能喪失已經(jīng)取得的優(yōu)勢。”賀福初說(shuō)。
據悉,中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃將分三個(gè)階段展開(kāi)。第一階段,全面揭示肝癌、肺癌、白血病、腎病等十大疾病所涉及主要的組織器官的蛋白質(zhì)組,了解疾病發(fā)生的主要 異常,進(jìn)而研制診斷試劑、篩選藥物,力爭2017年左右完成;第二階段,爭取覆蓋中國人的其他常見(jiàn)疾病,提升中國人群疾病的防治水平;第三階段,實(shí)現人類(lèi) 更多疾病的覆蓋。
當前,全球每年產(chǎn)生的生物數據總量高達EB級(10的18次方比特),生命科學(xué)領(lǐng)域正在爆發(fā)數據革命。生物數據最大的是基因組數據,它完成后,蛋白質(zhì)組數據 無(wú)疑將成為更大、更重要和更核心的科學(xué)數據。我國已部署建設的蛋白質(zhì)科學(xué)基礎設施將相繼投入運行,這是國際上最大的蛋白質(zhì)組學(xué)研究基地,將有力支撐和推動(dòng) 中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃的實(shí)施和大數據的產(chǎn)生。中國人類(lèi)蛋白質(zhì)組計劃產(chǎn)生的大數據將全景式地揭示人體蛋白質(zhì)組成及其調控規律,解讀人類(lèi)基因組這部“天書(shū)”。
“這 項計劃,是以中國重大疾病的防治需求為牽引,發(fā)展蛋白質(zhì)組研究相關(guān)設備及關(guān)鍵技術(shù),繪制人類(lèi)蛋白質(zhì)組生理和病理精細圖譜、構建人類(lèi)蛋白質(zhì)組‘百科全書(shū)’, 為提高重大疾病防診治水平提供有效手段和中國生物醫藥產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供原動(dòng)力。”賀福初說(shuō),“我們首先看重科學(xué)價(jià)值,其次才是經(jīng)濟效益,因為這是真正的原始創(chuàng ) 新,是中國能夠引領(lǐng)世界科技發(fā)展的重要領(lǐng)域之一。”
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