《瞭望东方周刊》:表型组研究:中国后发先至——专访中国科学院院士金力

作者:戴闻名摄影: 视频: 来源:《瞭望东方周刊》2021年3月15日发布时间:2021-03-17

中国在表型组研究的设施建设方面有着“后发优势”。

金力院士简介:金力,中国科学院院士,现任复旦大学常务副校长、复旦大学上海医学院院长。

“十三五”国家精准医学研究重点专项专家组组长。

国际人类表型组研究协作组共同发起人,上海国际人类表型组研究院与复旦大学人类表型组研究院院长。

《瞭望东方周刊》:中国的人类表型组研究目前在全球处于什么样的地位?如此之规模体量的生命科学尤其是表型组学研究,全球还有哪些国家有能力进行?

金力:目前,中国在人类表型组学领域处于国际前列位置。尽管美国、英国等发达国家在部分领域内布局时间较早,进展较快,涌现出一批前沿成果,但与其对比,中国在科研理念、设施能力、科研规划、大科学计划组织实施等方面,已处于国际前列。

比如从科研理念上看,中国是第一个基于对人体系统精密测量,全面获取各尺度表型基础上开展研究的国家,也是最早系统全面启动布局人类表型组计划的国家。在多尺度(特别是宏观尺度)覆盖、集成度等方面,中国的工作已优于其他国家的相关团队。

同时,中国正在推进的人类表型组研究,把发现宏观表型与微观表型之间的跨尺度关联,继而探究基因和环境如何通过影响微观表型作用于宏观表型作为主要任务,是真正“以表型组为中心”的研究。

从设施集成能力看,在国家和上海市的支持下,以“中国人类表型组研究协作组”为代表的中国科学界已在张江建成了世界上首个跨尺度的人类表型组集成研究平台,能够实现跨尺度、系统集成的人类表型精密测量和数据汇算。

全球范围内,尽管美、英、欧盟、日本等国也能够开展较大规模的人群队列表型研究,但是它们已建成的设施和平台(由于建成时间较早)主要集中于分子尺度,不是像张江平台这样的跨尺度精密测量平台,尚不具备覆盖从宏观到微观各尺度、全景式的表型精密测量与分析能力。

从这个意义上说,中国在表型组研究的设施建设方面有着“后发优势”。

同时,通过生命科学与航空航天学科、环境学科的融合创新,中国还预研开发了一些具备更强功能、打破科研空白的表型组学科研设施与设备,国外尚无同类设施。

在西方发达国家发展多年的代谢组、蛋白质组等领域,中国也正在迎头赶上,在某些方面实现了赶超和领跑。比如在在蛋白质表型组方面,我们初步建立了国际领先的蛋白质组快速扫描模块,其分析效率远高于国际主流水平,同时建有高性能蛋白质组数据分析系统,可完成海量蛋白数据在线分析和知识挖掘。

在组织实施国际大科学计划中,中国也发挥了引领作用。

分子表型蛋白质组平台实验室(复旦大学人类表型组研究院供图)

《瞭望东方周刊》:“国际人表型组计划(一期)”进行的“上海自然人群健康表型测量”和1万人的“特定人群应用示范测量”目前进展如何?

金力:“上海自然人群健康表型测量”目标是建立包含1000位20-60周岁常住上海的健康人的自然人群队列。

所谓“自然人群”,就是来源要尽量随机。所谓“健康人”,就是没有高血压、糖尿病等常见的基础性慢性病。常住上海,则是要求至少未来三年以上时间不会移居其他地方。我们希望通过研究,最终绘制出第一版的上海自然人群全表型组参比图谱。

截至2021年1月7日,已有近1600位志愿者报名参加检测,300余名志愿者则已经完成了在张江平台两天一夜的全流程表型检测。

另一个项目是 “特定人群应用示范测量”。所谓“特定人群”,是指儿童、中老年人群等特殊人群,糖尿病、癫痫、冠心病等重大疾病人群,高原习服等特定生理能力人群。在选取其代谢物和蛋白质等具有代表性的分子表型进行检测后,再通过表型组学研究发现新的标志物。

目前这项任务的表型检测已完成近90%,进入了跨尺度表型数据分析攻关阶段,有望产生一批前沿的创新性研究成果。

最终,所有科研产生的表型数据均会被汇总到“国际人表型组计划(一期)”的表型组大数据库。这个数据库目前管理的表型数据体量约为2PB(拍字节,数据存储量单位,1PB=1024TB=104856GB)。随着任务的持续深入开展,数据量还将不断攀升。

《瞭望东方周刊》:在全球协同测量方面,是否也制定了相关计划?

金力:目前,我们正在积极与国际合作伙伴加强联络与沟通,扎扎实实为将来实现全球协同推进国际大科学计划作好前期的基础工作。

生命科学的学科特点,是对规范化、标准化、可参比以及结果的连续性要求较高。因此,国际大科学计划主要以“分布式”模式组织,即在统一的标准和规范下,各参与方分别建设技术平台、协同开展相关研究,再对研究成果进行共享、汇算与集成。

这其中最重要的,是就“测什么”、“怎么测”、“怎么算”等核心科研实操问题达成国际科学共识,建立国际性的表型组学研究标准操作程序(SOPs)。

目前,中国科学界已率先较为系统地厘定了人类表型组相关的指标范围和表型测量的标准规程(SOPs),并建立了多组学质量控制体系,相关工作已具备国际领先水平。

2019年,复旦大学、上海国际人类表型组研究院、国家计量院联合向国际标准组织(ISO)递交了成立“人类表型组技术委员会”的申请,获得了较大范围的国际响应。目前,三家单位正在积极准备,将继续全力推动人类表型组相关国际标准的建立。

在此基础上,我们推动了各方协商“路线图”,即人类表型组大科学计划初期的重点主攻方向。

2020年的10月24-26日,我们在线上主办了第三届国际人类表型组研讨会。经过讨论,科学家们初步达成共识,提出人类表型组大科学计划在近期应优先聚焦“新冠肺炎和其他重大疾病的表型组学研究”、“表型组研究技术体系与科研基础设施构建”以及“表型组学研究中的标准操作程序(SOPs)”三大主攻方向。

各国科学家高度认同,应把聚焦新冠肺炎疫情开展表型组学研究作为人类表型组大科学计划启动后实质推进的首要优先主题之一。除了新冠,其他重大疾病的表型组研究也是大科学计划的重要“落脚点”。

制图:实习编辑:何叶责任编辑:

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