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NGS接龙丨中科院北京基因组所于军:基因行业探路艰难,前途光明

自“人类基因组计划”(Human Genome Project,HGP)1990年正式启动,人类基因组逐渐被破译,一张生命之图被绘就而出,众多疾病的相关基因逐渐被揭示,人类对自身奥秘的了解正迈上新的台阶。“人类基因组计划”是继曼哈顿计划和阿波罗登月计划之后,又一项规模宏大、跨越国界及学科的科学探索工程,奠定了二十一世纪的医学基础,其深远的影响贯穿着当今整个生命科学领域。中国也于1999年参加了这一工程中,并承担1%的测序任务,成为参加这计划唯一的发展中国家。

本期NGS接龙的嘉宾为中科院北京基因组所于军教授,中国著名基因组学科学家,中国科学院北京基因组研究所创始人之一,曾任中国科学院北京基因组研究所副所长至届满,曾担任国家科技部重大科学计划首席科学家。1993年,于军教授参与到“人类基因组计划”中,他在导师Maynard V. Olson的全力支持下,促成了中国科学家参与“人类基因组计划”。在本期专访中,于军教授分享了中国参与“人类基因组计划”以及之后组建华大基因的曲折经过,并就当前中国测序仪及基因中心的缺位等问题发声。

一张“人类基因组计划”的门票

在专访中,于军教授回首往事,向测序中国记者讲述了“人类基因组计划”发展的经过。1984年,正值于军教授来到纽约大学医学院攻读生物医学科学博士,在当时,世界生物学界酝酿着一件前所未有的大事——“人类基因组计划”。从那时起,“人类基因组计划”便植根于其心中挥之不去。

美国国立卫生研究院和能源部分别于1983和1984年召开了“人类基因组计划”的筹划准备会议,并于1990年开始酝酿正式启动,规划在未来的10年中,即在二十世纪的最后十年,完成人类全基因组测序的技术储备工作。随着“人类基因组计划”的发展和推进,面对这一全新的领域,于军教授一直在思考,如何让中国参与到这一宏大的科学探索工程中,将其所学带回中国,推动中国基因组学研究的发展。

在九十年代中期,美国政府由于资金等多方原因,计划邀请更多国家参与到计划中,共同完成测序任务。在1996年的百慕大会议上,美国与英法德日中五个国家的科学家共同确立了基因组数据共享的“百慕大原则”,计划由多个国家共同分担测序工作。

于军教授谈到,1997年他应邀参加了在湖南张家界召开的由时任中国遗传学学会青年委员会主任杨焕明博士组织的研讨会。在会上,他向国内的科技工作者介绍了人类基因组计划的来龙去脉和发展趋势。1998年,中科院遗传所陈受宜所长邀请于军等组建一个所级人类基因组中心,于军随即应邀回国。面对21世纪生物产业发展的机遇,中国并没有失去,在关键的时期致力于拿到“人类基因组计划”的“门票”。

解决资金、人力问题,华大基因应运而生

在遗传所的人类基因组中心成立初期,没有国家的专项拨款,资金和人员都十分匮乏。为解决这些问题,一个民营研究机构——华大基因则应运而生。回忆起华大的起步,于军教授向记者谈到:“1999年成立华大,国家没有拨款,我们也需要一个单位来支持这个计划,华大作为一个非盈利的民营研究机构代表中国参与了人类基因组计划。”

同时,通过中科院的基因组中心,于军教授的团队也积极申请国家的科研项目,终于得到科技部的专项支持。这意味着在国家层面上,中国正式参与了人类基因组计划。

从2001年到2003年,在华大基因200余人的共同努力下,终于用两年时间完成了中国认领的测序工作。于军教授谈到:“从全球完成全部测序所花费8亿美元的角度看,中国以7000万完成了1%的工作,经济效率还是较为可观的。”

于军教授坦言,测序技术在世纪之交已经较为成熟,将2003年作为完成图的节点也是为了纪念双螺旋结构发现五十周年。经过半个世纪的漫长探索,人类完成了自己的第一张基因图谱,中国也终于在众多科研工作者的共同努力下,加入了“人类基因组计划”这一人类里程碑式的工程,为此贡献了自身力量。

从1999年成立至今,华大基因已经度过了将近二十载春秋,5月24日已成功通过中国证监会创业板发行审核,成功上市。2008年,华大基因南下搬迁至深圳,保留了民营、非盈利的性质,随着发展壮大,其下也成立了很多企业,如华大科技、华大医学等。于军教授回忆道,自己早期也参与了与深圳当地政府的洽谈,但面对科研与产业的抉择,最终没有“随军南下”,而是选择扎根于中科院中进行科研和教育工作。

“生不逢时”,中国“智造”如何接轨国际?

中国加入人类基因组计划,虽然只进行了1%的测序任务,但意义重大,可以说在基因组学方面达到了与国际接轨的水平。但目前,在至关重要的测序仪研发领域,与国外相比仍落后很多

正如《论语》所言:“工欲善其事必先利其器”。在专访中,于军教授谈到,中国在基因组学领域中,下游的测序和分析技术与国际最高水平一直保持总体跟进、局部先进的状态,绝大部分测序公司、实验室、研究所使用的测序仪器都是进口产品,国内民营公司在测序仪的研发上更显得兴趣了了且力不从心,这无疑会限制未来中国精准医学的发展。

于军教授谈到,测序仪的原理本身并不复杂,但是中国缺少这一产业基础,虽然在测序仪的设计、制造上有过初步的尝试,但很少能走到最后。

于军教授向记者对比了中美的测序仪研发现状。他谈到,参考美国的情况,其每年有将近2000万美元的科研经费投入在仪器研发上,考虑到每个课题组每年约有100万美金的研发资金,有约20个实验室在进行测序仪的研发;中国没有在早期意识到研发测序仪的重要性,更没有这些经费和相应实验室的投入,掌握财政资金控制权的国家各部委中鲜有能够较早理解、认可科学家谏言的人员。

于军教授感慨道,自己过往曾数次向发改委等机构的领导介绍分子诊断、基因测序等产业的重要性和广阔前景,却无力说服政府作出行动。再比如美国很早就成立了信息中心NCBI,为日后的人类基因组计划做出了很好的铺垫。但是在多年的建议之后,建立中国自己的国家级基因信息中心依然了无音讯。记者了解到,直至采访当日,于军教授还在写报告、调研,努力证明其必要性

面对当前现状,于军教授颇感无奈。他谈到,中国的民营测序公司在测序仪器的研发上也做出了尝试,但是由于资金投入、产品价格和市场定位等原因,国内民营企业在测序仪的研发上鲜有令人满意的结果。他谈到:“国家层面的投入缺失,而民间投资、基金又热衷于短平快的项目,我们只能寄希望于将来测序仪器产业能有所改观。

于军教授强调,长远来看,可以将目光从研发二代测序仪转向第三代测序技术——即单分子测序、纳米孔测序等技术的开发上。二代测序在读长、覆盖度、质量、人力和时间成本等方面有很难弥补的欠缺,既然中国企业在第二代测序仪研发、生产上已经空缺了很长时间,且这也不是一项十分完美、无可替代的技术,那么直接跳跃到第三代甚至更新的潜在测序技术的仪器研发上不失为一个理性的选择

基因行业及精准医疗:未来大有可为

于军教授综合基础研究和临床研发两个层面,阐述了自己对精准医疗行业的评价和期望。

从基础研究的角度,于军教授认为生物学的核心密码不仅仅存在于基因组和DNA序列,也存在于RNA、蛋白质等同样重要的生物分子中。目前的DNA测序技术无法直接对RNA序列进行测序,只能从RNA的互补DNA分子反推RNA序列,但RNA本身也是一个有功能的操作分子,约有150可能的修饰,从microRNA到RNA editing,可以利用RNA完成很多无法替代的实验,但是迄今没有一台直接的RNA测序仪。

于军教授认为,测序这个命题是开放的,科研人员应该从光技术、电技术、纳米技术等多角度尝试各类生物分子的识别、测序。

现有的测序技术主要从DNA角度考察细胞和生物体的特性,DNA序列的突变和差异只能反映细胞和生物特异性的很小一部分,仅仅是从信息分子的层面考察了个体差异,而表观遗传学、RNA和蛋白质层面的功能性差异是个体差异的另一重要组成部分,只有从DNA开始,沿着中心法则向下游前进,人类对于细胞和生物体的研究才能日趋全面

他谈到,除了前文提及的推进测序仪器的革新,精准医疗领域的基础研发同样大有可为,如通过生物信息与人工智能的结合,将图标型数据、文献数据、医疗的X线片、核磁图像等现在不可编码的数据整理在一起,将其与基因和遗传数据放在一起研究;此外,还可以跳出测序技术这一范畴,将传统上生化等医学技术得到的数据有机整合,规整到精准医学的数据库中

此外,于军教授强调,精准医学如何将基础研究和临床研究合并起来,使其相互促进也是另一个重要命题,这涉及到健康保障这一领域

在美国,其2015年卫生保健的研发支出为1587亿美金,其医疗保健支出更是高达32223亿美金,美国NIH管理的资金和研究所的数目和规模是令人咂舌。基于其大量的资金和科研投入,美国的健康产业已经形成了现代化、大规模、高科技含量的聚集型中心,从药厂到医院,从大学到研究所,美国医疗产业的规模优势和技术优势十分明显。中国必须加大资金投入和政府的整合管理力度,成立国家级生物信息中心,扩大现有研究所的规模,增强学校—研究所—企业—医院这一链条的联系,利用一切合理手段发展中国的医疗产业规模和水平,才能有效利用基础研究提供的先进技术,造福中国百姓

于军教授为我们最后生动地描述了精准医疗的现状及未来:测序作为领头的技术,正在创造一个新的业态,在医疗的生态环境里面创造一个新的平衡,起到了重要作用;而分子诊断等新技术在未来将像草原取代热带雨林一样,取代传统的生化技术,将医疗健康科技和产业推向新的高峰。

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本文由 测序中国 作者:陈初夏 发表,转载请注明来源!

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