生物學(xué)家欲啟動(dòng)所有生命體DNA測(cè)序

曹 兵/編譯

生物學(xué)家欲啟動(dòng)所有生命體DNA測(cè)序

曹 兵/編譯

生物學(xué)家是否能夠完成世界上包括印度尼西亞這只美麗的天堂鳥在內(nèi)的所有的植物和動(dòng)物基因組測(cè)序呢

一說到基因組測(cè)序，有遠(yuǎn)見的人總是能推出雄心勃勃的計(jì)劃：比如英國(guó)的生物銀行（Biobank）計(jì)劃對(duì)50萬人進(jìn)行基因組測(cè)序或者冰島致力于研究其全國(guó)所有人口的基因組數(shù)據(jù)。2017年2月，史密森尼學(xué)會(huì)生物多樣性基因組學(xué)基金會(huì)和位于中國(guó)深圳的基因測(cè)序巨頭華大基因公司共同組織了一場(chǎng)會(huì)議，部分與會(huì)研究者推出了史無前例的宏偉計(jì)劃：宣布他們有意對(duì)地球上所有生命最終完成DNA測(cè)序。

他們稱之為地球生物基因組計(jì)劃（EBP）的項(xiàng)目尚未獲得任何專有資金的支持，有可能需要花費(fèi)幾十億美元。加利福尼亞大學(xué)戴維斯分校的進(jìn)化基因組專家的哈瑞斯·勒文（Harris Lewin）是兩年前推出這一宏偉計(jì)劃的專家組成員之一。他說，這項(xiàng)計(jì)劃將朝著大膽的目標(biāo)邁出第一步，首先重點(diǎn)關(guān)注真核物種，即包括植物、動(dòng)物以及如變形蟲等單細(xì)胞生物在內(nèi)的所有物種。

EBP的工作策略及其總體設(shè)想在 2017年生物基因組學(xué)會(huì)上受到了廣泛關(guān)注。這項(xiàng)盛會(huì)吸引了許多生物保護(hù)專家、進(jìn)化生物學(xué)家、系統(tǒng)學(xué)家以及其他生物學(xué)家，他們都對(duì)將基因組學(xué)應(yīng)用于其專長(zhǎng)領(lǐng)域表現(xiàn)出了極大興趣?！斑@是一個(gè)宏偉的設(shè)想，”奧利佛·萊德（Oliver Ryder）作為加利福尼亞圣迭戈動(dòng)物園生物保護(hù)研究院的生物保護(hù)學(xué)家進(jìn)一步解釋道，“如果我們想真正地弄清楚生物到底是如何進(jìn)化的，那么基因組生物學(xué)就是解開這個(gè)謎團(tuán)的鑰匙?！比R德及其同行討論了EBP與人類基因組計(jì)劃的相似之處。人類基因組計(jì)劃在30年前提出的時(shí)候也被諷為癡人說夢(mèng)，充滿爭(zhēng)議，當(dāng)時(shí)被認(rèn)為是技術(shù)上的天方夜譚。早期的不懈努力最終不僅成功完成了人類基因組的首次測(cè)序，而且開發(fā)出了全新的DNA技術(shù)，成為許多醫(yī)療研究前沿的中心，奠定了一個(gè)200億美元產(chǎn)業(yè)的基礎(chǔ)。“人們從人類基因組測(cè)序的經(jīng)驗(yàn)中認(rèn)識(shí)到，DNA測(cè)序是生物學(xué)中一個(gè)偉大的進(jìn)步?！崩瘴恼f。

許多關(guān)于EBP項(xiàng)目的細(xì)節(jié)還需要進(jìn)一步明確。如同當(dāng)前所提出的，項(xiàng)目的第一步是從真核生物的各科中（總共大約有9 000科）挑選出一個(gè)物種，然后盡可能詳細(xì)地測(cè)定其DNA序列，從而為類似生物提供參考基因組數(shù)據(jù)，或者提供比參考人類基因組更好的數(shù)據(jù)。下一步是從15萬至20萬屬中挑選典型物種進(jìn)行測(cè)序。最后，EBP參與機(jī)構(gòu)就可大致獲得剩余已知150多萬種真核生物的基因組數(shù)據(jù)。如果需要，這些低精度的基因組數(shù)據(jù)可以通過與同科參考物種的基因組進(jìn)行對(duì)比，從而提升精度，或者進(jìn)一步做詳細(xì)的DNA測(cè)序，EBP的共同組織者吉恩·羅賓遜（Gene Robinson）解釋道。他是一位行為基因?qū)W研究者，同時(shí)還是伊利諾伊大學(xué)厄巴納分?？枴の炙梗–arl R.Woese）基因生物學(xué)研究所所長(zhǎng)。

如果要對(duì)整個(gè)真核物種進(jìn)行DNA測(cè)序，這個(gè)項(xiàng)目的花費(fèi)將與人類基因組測(cè)序工程相當(dāng)，勒文、羅賓遜和EBP共同組織者約翰·克萊斯（John Kress）估計(jì)?？巳R斯是史密森尼學(xué)會(huì)國(guó)家自然歷史博物館的進(jìn)化生物學(xué)家。當(dāng)年對(duì)人類基因組的30億個(gè)堿基進(jìn)行識(shí)別和測(cè)序花費(fèi)了約27億美元，約相當(dāng)于現(xiàn)在的48億美元。項(xiàng)目組織者認(rèn)為，如果能夠獲得同等程度的支持，那么EBP的真核物種測(cè)序工作可以在10年內(nèi)完成。

在這張生命樹示意圖中，所有經(jīng)過命名的真核生物物種很少有完整的基因組數(shù)據(jù)，但是細(xì)菌和古生菌倒是有不少數(shù)據(jù)。在幾百萬種真核生物中，連低精度的基因組序列數(shù)據(jù)都非常少

之所以持如此樂觀的態(tài)度，是因?yàn)镈NA測(cè)序的成本在持續(xù)下降。來自加利福尼亞州山景城全基因組（Complete Genome）公司的會(huì)議發(fā)言人提出，隨著測(cè)序技術(shù)不斷提升，他的公司計(jì)劃在1年內(nèi)將全部真核物種測(cè)序的成本降低到大約100美元?；蚪M數(shù)據(jù)精度將更高，而成本將更低?！霸谖铱磥?，將來某個(gè)時(shí)候我們就可以將地球上所有的生物基因組測(cè)序工作完成?！崩瘴恼f。

盡管研究者花費(fèi)幾十億美元不去研究人類，而是去認(rèn)識(shí)物質(zhì)的基礎(chǔ)理論或者宇宙的神秘本源，這令人十分不解，但是EBP已經(jīng)在起步階段獲得了不少的便利，因?yàn)椴簧傺芯抗餐w已經(jīng)在進(jìn)行著自己宏偉的測(cè)序工作。這其中包括基因組10K項(xiàng)目，計(jì)劃從10 000種脊椎動(dòng)物的每屬中選擇一個(gè)物種進(jìn)行基因組測(cè)序；i5K項(xiàng)目，對(duì)5 000種節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)行基因組解碼以及B10K項(xiàng)目，對(duì)所有10 500種鳥類進(jìn)行基因組測(cè)序。EBP可以幫助協(xié)調(diào)、編輯甚至資助這些項(xiàng)目?！癊BP的概念是社區(qū)的社區(qū)。”勒文說。

許多基因組測(cè)序領(lǐng)域的巨頭公司也非常希望能夠參與到這個(gè)龐大的項(xiàng)目中，例如中國(guó)的華大基因公司、英國(guó)的維康基金會(huì)桑格研究院等。但是在最近舉行的規(guī)劃會(huì)議上，很明顯，等待EBP項(xiàng)目的首要挑戰(zhàn)不只是資金問題。盡管來自巴西、中國(guó)和英國(guó)的研究者已經(jīng)對(duì)本國(guó)參與到項(xiàng)目中表達(dá)了某種熱忱，出席會(huì)議的20位代表還是強(qiáng)調(diào)了拓展其國(guó)際性將發(fā)展中國(guó)家納入其中的必要性，尤其是那些生物多樣性程度非常高的國(guó)家，只有這樣才能提升項(xiàng)目的最終成果。他們建議，EBP可以在這些地區(qū)幫助開發(fā)提升測(cè)序能力、培育技術(shù)專家。全球基因組生物多樣性網(wǎng)絡(luò)正在從全球博物館和其他生物保存機(jī)構(gòu)收集物種清單和圖像，能夠提供相當(dāng)多的所需DNA樣本，但是更廣泛地參與才是更重要的，托馬斯·吉爾伯特（Thomas Gilbert）說。他是位于哥本哈根的丹麥國(guó)家自然歷史博物館的進(jìn)化生物學(xué)家。

規(guī)劃專家組同樣強(qiáng)調(diào)有必要開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)程序，來保證獲得高精度的基因組序列，同時(shí)還要留存每種所測(cè)序生物的相關(guān)信息。例如在何處收集到這種生物，它的外觀是什么樣的等等。好幾位專業(yè)人士注意到，從野外獲得DNA樣本是最大的挑戰(zhàn)也是最主要的開銷。博物館中的各種物種并不總是得到妥善保管，其攜帶的DNA并不足以保證獲得高精度的基因組數(shù)據(jù)。即使最近收集并冷凍保存的植物和動(dòng)物標(biāo)本也不見得總能得到妥善處理并保存完整的DNA數(shù)據(jù)，供職于華大基因公司和哥本哈根大學(xué)的進(jìn)化生物學(xué)家張國(guó)捷表達(dá)了擔(dān)憂。缺乏標(biāo)準(zhǔn)最終會(huì)破壞項(xiàng)目的可利用度，紐約市洛克菲勒大學(xué)的神經(jīng)學(xué)家的埃里克·賈維斯（Erich Jarvis）認(rèn)為：“我們?yōu)榈厍蛏纤形锓N花費(fèi)了大量的精力，到頭來卻是竹籃打水一場(chǎng)空?！?/p>

勒文樂于相信這種情況不會(huì)發(fā)生。勒文在2017年生物基因組學(xué)會(huì)議的閉幕致辭中對(duì)EBP做了規(guī)劃，許多研究者圍繞在他身邊，希望知道自己如何才能助他一臂之力?！鞍压餐w成員聚集在一起總是好的，”何塞·洛佩茲（Jose Lopez）說，他是佛羅里達(dá)州勞德代爾堡市諾瓦東南大學(xué)的生物學(xué)家，而且他帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了GIGA項(xiàng)目，對(duì)7 000種海洋無脊椎動(dòng)物進(jìn)行基因測(cè)序，“這項(xiàng)工作任重道遠(yuǎn)。我們需要讓盡可能多的能夠做出貢獻(xiàn)的專業(yè)人士參與到項(xiàng)目中?！?/p>

[資料來源：Science][責(zé)任編輯：遙 醒]