國家基因庫外景。廣州日報軒慧攝
各種生物標(biāo)本。廣州日報軒慧攝
國家基因庫將于今日正式運營,這是中國首個獲批籌建的國家基因庫,也是全球第四個國家級基因庫。在昨日的運營儀式上,“基因組合成2020計劃”等多個新項目啟動,對于DNA的理解從數(shù)據(jù)觀察到人造模仿,將讓人們對生命本質(zhì)有更深理解。
“國家基因庫是一項生命科學(xué)時代的最基礎(chǔ)設(shè)施。”中國工程院院士李國杰這樣描述國家基因庫運營的意義,“基因庫的意義應(yīng)放在更長遠(yuǎn)的時間軸來理解,……地球進(jìn)化幾十億年才有了生命。整個宇宙100多億年的進(jìn)化集聚在基因里。保存這些基因并進(jìn)行研究是件了不起的事?!?/p>
國家基因庫是國際上現(xiàn)有的各類生物樣本庫、數(shù)據(jù)庫、生物多樣性庫、疾病庫等的綜合升級版。
其中的罕見病基因庫已檢測了3000多個家庭,新發(fā)現(xiàn)400多種罕見病。
國家基因庫已經(jīng)存儲了多種生物資源樣本1000萬份
未來目標(biāo)是保存約三十萬種植物、百萬種動物、近千萬種微生物活體資源
選址深圳“桃花源”為安保
這座建筑其外形仿照哈尼梯田而設(shè)計,層層迭進(jìn),再往上走依次會看到龐大的高通量基因測序房、超級計算房以及冷凍資源房。國家基因庫執(zhí)行主任、華大基因研究院院長徐訊介紹,梯田設(shè)計除了美觀,更重要的是出于實際用途考慮,基因庫資源需保存上百年甚至更長時間,因此對建筑使用壽命要求更高。建筑1~5層都是實地,承重能力強且安全系數(shù)高。
“這里儲存的基因資源非常珍貴,考慮到安保等問題,我們選址在這個相對封閉的環(huán)境。”徐訊介紹。這也是國家基因庫選址于大鵬半島的重要原因。這里被稱為深圳最后的“桃花源”,森林覆蓋率超過76%。
瀕危的物種有望得到保護(hù)
國家基因庫究竟保存什么?國家基因庫主任、華大基因農(nóng)業(yè)集團(tuán)董事長兼總裁梅永紅介紹,國家基因庫不僅僅是數(shù)據(jù)庫,而是國際上現(xiàn)有的各類生物樣本庫、數(shù)據(jù)庫、生物多樣性庫、疾病庫等的綜合升級版。
國家基因庫的核心是基因保存?!熬腿祟惗裕瑥念^發(fā)、牙齒、精子卵子,到血樣、臍帶血、干細(xì)胞以及個人遺傳影像和醫(yī)療數(shù)據(jù)均會保存。植物源、動物源和種子等,活著的所有生命的資源均會保存?!毙煊嵔榻B。截至目前,國家基因庫已經(jīng)存儲了多種生物資源樣本1000萬份。“我們試圖保護(hù)和保存世界約三十萬種植物、百萬種動物、近千萬種微生物活體資源。”徐訊說,“這是全球第一個為生物多樣性研究和保護(hù)提供資源的平臺?!?/p>
拯救瀕危物種是保存基因的最重要目的之一。國家基因庫將承擔(dān)瀕危物種的“諾亞方舟”的重要使命。徐訊告訴記者:“保護(hù)瀕危物種,國家基因庫首先可建立植物動物園保護(hù)區(qū),進(jìn)行活體庫保存。同時保存它們的生殖細(xì)胞等組織樣本,此外,將它們的基因組信息進(jìn)行數(shù)字化保存?!?/p>
已消失的物種未來或可復(fù)活
一進(jìn)入這座臨海環(huán)山的梯田式建筑,映入眼簾的是體型碩大的“猛犸象”雕塑。這個在4000年前就已經(jīng)滅絕的物種被研究人員告知有望某天可以活蹦亂跳出現(xiàn)在人類面前。
徐訊介紹,人們在西伯利亞冰層里發(fā)現(xiàn)了完整的猛犸幼象,“研究人員獲取幼象的毛發(fā),通過基因技術(shù)和干細(xì)胞技術(shù)獲得了猛犸象胚胎細(xì)胞,這意味著可以讓猛犸象復(fù)活?!?/p>
目前的挑戰(zhàn)在于找到合適的“代孕媽媽”?!懊歪锵蠛妥睢H’的亞洲象相隔600萬年,基因組差異達(dá)到4.3%,如果懷孕極易流產(chǎn)?!毙煊嵳f,如果未來有人造子宮,那復(fù)制猛犸象就成為可能。這也是之所以矗立猛犸象雕塑的深意?!爸灰4媪嘶?,瀕臨滅絕的物種就有復(fù)活可能。”徐訊說。
讀懂DNA還有很遠(yuǎn)的路
國家基因庫看似與普通人距離遙遠(yuǎn),但其實與每個人息息相關(guān)。徐訊說:“以新生兒篩查為例。大部分兒童耳聾是出生后受外界環(huán)境或抗生素藥物等損傷。但如果通過基因檢測提前了解對何種藥物敏感,是可以避免悲劇發(fā)生的。”
國家基因庫昨日公開發(fā)布了癌癥數(shù)據(jù)集成與整合分析平臺、人體微生物數(shù)據(jù)庫、罕見病數(shù)據(jù)庫、免疫數(shù)據(jù)庫、人類遺傳變異數(shù)據(jù)庫等,這些數(shù)據(jù)都將在政策規(guī)范指導(dǎo)下對外開放。其中,罕見病基因庫已檢測了3000多個家庭,新發(fā)現(xiàn)400多種罕見病?!昂芏嗨幬镒钤缍际轻槍币姴』蜷_始的,后來發(fā)現(xiàn)針對罕見病基因的藥物能治療的疾病越來越多?!毙煊嵳f。
對于人類來說,讀懂DNA的奧秘為時尚早?!拔覀兿M罱K將基因組的每一個字符都弄清楚。但是目前只有1%能讀懂。完全讀懂?dāng)?shù)據(jù)量太大,單靠人腦不行,需要通過人工智能和大數(shù)據(jù)方式來解決?!弊x懂DNA,“最深刻的是人造模仿。只有完成了人工合成,才能更好地去了解這個世界?!毙煊嵳f。
類似計劃已經(jīng)啟動。昨日,“基因組合成2020計劃”對外發(fā)布,包括到2020年完成“合成人工10萬個噬菌體、人工線蟲、人工擬蘭芥和重塑21號染色體?!?/p>
人工合成10萬個噬菌體,有望用來對付未來人類對抗生素的耐藥免疫問題?!霸诳股?zé)o法抗擊人類某些疾病時,噬菌體制劑可以解決這個問題。”該項目的合作方中科院深圳先進(jìn)院副院長呂建成告訴記者。而一旦完成人工線蟲和人工擬蘭芥這兩個項目,將分別是全球第一個動物基因組和植物基因組的合成誕生。
“我們之前對生命本質(zhì)的理解都是來自于數(shù)據(jù),這個項目的完成不僅僅將帶來大量的應(yīng)用,而且對人類自身和生命本質(zhì)的認(rèn)識將產(chǎn)生一個質(zhì)的飛躍?!毙煊嵳f。
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