科學(xué)家主導(dǎo)“基因組標(biāo)簽計(jì)劃” 每個(gè)蛋白質(zhì)都有特定”二維碼“

 如果給人類全部2萬(wàn)多個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因添加一個(gè)標(biāo)簽，使每個(gè)蛋白質(zhì)具有特定“二維碼”，將會(huì)發(fā)生什么?“這將助力科學(xué)家編撰一本生命活動(dòng)本質(zhì)的百科全書(shū)。”中科院生化與細(xì)胞所研究員李勁松說(shuō)。

截至今年5月，中科院生化與細(xì)胞所基因組標(biāo)簽計(jì)劃研發(fā)中心已給524個(gè)蛋白質(zhì)加上標(biāo)簽并建立細(xì)胞系，獲得攜帶標(biāo)簽蛋白質(zhì)的小鼠141只。中心網(wǎng)站6月底將對(duì)外開(kāi)放，全球科學(xué)家都可查詢或定制自己需要的標(biāo)簽細(xì)胞或小鼠。據(jù)透露，中心計(jì)劃用5—10年時(shí)間，給2萬(wàn)多個(gè)細(xì)胞添加標(biāo)簽，生成5000只攜帶標(biāo)簽的小鼠。不久前，在上海舉行的香山科學(xué)會(huì)議上，與會(huì)專家紛紛提議，盡早啟動(dòng)“基因組標(biāo)簽”國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃，并由我國(guó)科學(xué)家主導(dǎo)完成。

對(duì)“人造精子細(xì)胞”添加標(biāo)簽

人類基因組計(jì)劃繪制出人類基因圖譜，揭示了2.2萬(wàn)個(gè)編碼蛋白質(zhì)的基因，后續(xù)的蛋白質(zhì)功能研究并不像人們期待的那樣順利。“只有全面認(rèn)知蛋白質(zhì)才能從根本上闡釋生命，但其中大約一半的蛋白質(zhì)功能還沒(méi)有人研究過(guò)。”李勁松說(shuō)，蛋白質(zhì)身處微小細(xì)胞中很難被識(shí)別，需制備特異“抗體”來(lái)識(shí)別它，而抗體的制備非常繁瑣，成本高，少則幾千元多則幾萬(wàn)元，更何況還有一半的蛋白質(zhì)因缺乏研究，尚無(wú)抗體。

能否先在體外“人造精子細(xì)胞”中對(duì)所有蛋白質(zhì)添加標(biāo)簽，再把這個(gè)細(xì)胞注入卵子，從而獲得攜帶標(biāo)簽蛋白質(zhì)的小鼠呢?李勁松回憶，2017年5月，在一次頭腦風(fēng)暴研討會(huì)上，他第一次提出“基因組標(biāo)簽計(jì)劃”設(shè)想，沒(méi)想到話音剛落，《細(xì)胞研究》常務(wù)副主編李黨生就興奮地站了起來(lái)，認(rèn)為這將是中國(guó)科學(xué)家對(duì)世界科學(xué)共同體的一大貢獻(xiàn)。

卵子和精子是體內(nèi)僅有的單倍體細(xì)胞，一直以來(lái)卵子和精子都無(wú)法在體外培養(yǎng)，也無(wú)法在基因?qū)用孢M(jìn)行操作。李勁松課題組和徐國(guó)良課題組“借殼生蛋”，從只攜帶精子遺傳物質(zhì)的胚胎中建立單倍體胚胎干細(xì)胞，再將其注入卵子后產(chǎn)生健康的半克隆小鼠，這一成果入選2012年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展。“人造精子細(xì)胞”技術(shù)到了2015年，健康半克隆小鼠的獲得率從2%提高到20%。此后，在市科委大力支持下，以“人造精子細(xì)胞”技術(shù)為基礎(chǔ)的“基因組標(biāo)簽計(jì)劃”開(kāi)始落地，并成立了中科院生化與細(xì)胞所基因組標(biāo)簽計(jì)劃研發(fā)中心。

探尋蛋白質(zhì)如何調(diào)控生命活動(dòng)

“這就像使用了北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，可以精準(zhǔn)研究蛋白質(zhì)調(diào)控網(wǎng)絡(luò)。”李勁松說(shuō)，現(xiàn)在僅需少數(shù)幾種針對(duì)標(biāo)簽的特異抗體，簡(jiǎn)化了蛋白質(zhì)研究流程，節(jié)省了科研時(shí)間和經(jīng)費(fèi)。

“基因組標(biāo)簽計(jì)劃”有望促使蛋白質(zhì)研究方式改變。因缺乏簡(jiǎn)單高效的研究手段，一直以來(lái)科學(xué)家采取的都是基于1個(gè)或少數(shù)幾個(gè)蛋白質(zhì)的研究模式，這就有點(diǎn)像“盲人摸象”，而“基因組標(biāo)簽計(jì)劃”實(shí)施，可讓科學(xué)家研究一群標(biāo)簽相同的蛋白質(zhì)。

大規(guī)模的標(biāo)簽蛋白質(zhì)細(xì)胞庫(kù)和小鼠庫(kù)建成后，科學(xué)家們可繪制全基因組蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)圖譜，解析2萬(wàn)多個(gè)蛋白質(zhì)從生命誕生到發(fā)育的表達(dá)模式，以及蛋白質(zhì)如何相互作用的過(guò)程，還可延伸至腫瘤和衰老問(wèn)題，探尋蛋白質(zhì)如何調(diào)控生命活動(dòng)。“這不是一個(gè)實(shí)驗(yàn)室能做到的，希望盡快啟動(dòng)基因組標(biāo)簽計(jì)劃，并圍繞標(biāo)簽小鼠資源平臺(tái)啟動(dòng)相關(guān)國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃。”李勁松呼吁，構(gòu)建自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的生物醫(yī)學(xué)信息數(shù)據(jù)庫(kù)，以防未來(lái)遭遇生命科學(xué)發(fā)展數(shù)據(jù)“卡脖子”問(wèn)題。