表型組研究：中國后發(fā)先至

戴聞名

金力院士簡介：金力，中國科學院院士，現任復旦大學常務副校長、復旦大學上海醫(yī)學院院長?！笆濉眹揖珳梳t(yī)學研究重點專項專家組組長。國際人類表型組研究協(xié)作組共同發(fā)起人，上海國際人類表型組研究院與復旦大學人類表型組研究院院長。

《瞭望東方周刊》：中國的人類表型組研究目前在全球處于什么樣的地位？如此之規(guī)模體量的生命科學尤其是表型組學研究，全球還有哪些國家有能力進行？

金力：目前，中國在人類表型組學領域處于國際前列位置。盡管美國、英國等發(fā)達國家在部分領域內布局時間較早，進展較快，涌現出一批前沿成果，但與其對比，中國在科研理念、設施能力、科研規(guī)劃、大科學計劃組織實施等方面，已處于國際前列。

比如從科研理念上看，中國是第一個基于對人體系統(tǒng)精密測量，全面獲取各尺度表型基礎上開展研究的國家，也是最早系統(tǒng)全面啟動布局人類表型組計劃的國家。在多尺度（特別是宏觀尺度）覆蓋、集成度等方面，中國的工作已優(yōu)于其他國家的相關團隊。

同時，中國正在推進的人類表型組研究，把發(fā)現宏觀表型與微觀表型之間的跨尺度關聯(lián)，繼而探究基因和環(huán)境如何通過影響微觀表型作用于宏觀表型作為主要任務，是真正“以表型組為中心”的研究。

從設施集成能力看，在國家和上海市的支持下，以“中國人類表型組研究協(xié)作組”為代表的中國科學界已在張江建成了世界上首個跨尺度的人類表型組集成研究平臺，能夠實現跨尺度、系統(tǒng)集成的人類表型精密測量和數據匯算。

全球范圍內，盡管美、英、歐盟、日本等國也能夠開展較大規(guī)模的人群隊列表型研究，但是它們已建成的設施和平臺（由于建成時間較早）主要集中于分子尺度，不是像張江平臺這樣的跨尺度精密測量平臺，尚不具備覆蓋從宏觀到微觀各尺度、全景式的表型精密測量與分析能力。

從這個意義上說，中國在表型組研究的設施建設方面有著“后發(fā)優(yōu)勢”。

同時，通過生命科學與航空航天學科、環(huán)境學科的融合創(chuàng)新，中國還預研開發(fā)了一些具備更強功能、打破科研空白的表型組學科研設施與設備，國外尚無同類設施。

在西方發(fā)達國家發(fā)展多年的代謝組、蛋白質組等領域，中國也正在迎頭趕上，在某些方面實現了趕超和領跑。比如在在蛋白質表型組方面，我們初步建立了國際領先的蛋白質組快速掃描模塊，其分析效率遠高于國際主流水平，同時建有高性能蛋白質組數據分析系統(tǒng)，可完成海量蛋白數據在線分析和知識挖掘。

在組織實施國際大科學計劃中，中國也發(fā)揮了引領作用。

《瞭望東方周刊》：“國際人表型組計劃（一期）”進行的“上海自然人群健康表型測量”和1萬人的“特定人群應用示范測量”目前進展如何？

金力：“上海自然人群健康表型測量”目標是建立包含1000位20-60周歲常住上海的健康人的自然人群隊列。

所謂“自然人群”，就是來源要盡量隨機。所謂“健康人”，就是沒有高血壓、糖尿病等常見的基礎性慢性病。常住上海，則是要求至少未來三年以上時間不會移居其他地方。我們希望通過研究，最終繪制出第一版的上海自然人群全表型組參比圖譜。

截至2021年1月7日，已有近1600位志愿者報名參加檢測，300余名志愿者則已經完成了在張江平臺兩天一夜的全流程表型檢測。

另一個項目是 “特定人群應用示范測量”。所謂“特定人群”，是指兒童、中老年人群等特殊人群，糖尿病、癲癇、冠心病等重大疾病人群，高原習服等特定生理能力人群。在選取其代謝物和蛋白質等具有代表性的分子表型進行檢測后，再通過表型組學研究發(fā)現新的標志物。

目前這項任務的表型檢測已完成近90%，進入了跨尺度表型數據分析攻關階段，有望產生一批前沿的創(chuàng)新性研究成果。

最終，所有科研產生的表型數據均會被匯總到“國際人表型組計劃（一期）”的表型組大數據庫。這個數據庫目前管理的表型數據體量約為2PB（拍字節(jié)，數據存儲量單位，1PB=1024TB=104856GB）。隨著任務的持續(xù)深入開展，數據量還將不斷攀升。

分子表型蛋白質組平臺實驗室（復旦大學人類表型組研究院供圖）

《瞭望東方周刊》：在全球協(xié)同測量方面，是否也制定了相關計劃？

金力：目前，我們正在積極與國際合作伙伴加強聯(lián)絡與溝通，扎扎實實為將來實現全球協(xié)同推進國際大科學計劃作好前期的基礎工作。

生命科學的學科特點，是對規(guī)范化、標準化、可參比以及結果的連續(xù)性要求較高。因此，國際大科學計劃主要以“分布式”模式組織，即在統(tǒng)一的標準和規(guī)范下，各參與方分別建設技術平臺、協(xié)同開展相關研究，再對研究成果進行共享、匯算與集成。

這其中最重要的，是就“測什么”、“怎么測”、“怎么算”等核心科研實操問題達成國際科學共識，建立國際性的表型組學研究標準操作程序（SOPs）。

目前，中國科學界已率先較為系統(tǒng)地厘定了人類表型組相關的指標范圍和表型測量的標準規(guī)程（SOPs），并建立了多組學質量控制體系，相關工作已具備國際領先水平。

2019年，復旦大學、上海國際人類表型組研究院、國家計量院聯(lián)合向國際標準組織（ISO）遞交了成立“人類表型組技術委員會”的申請，獲得了較大范圍的國際響應。目前，三家單位正在積極準備，將繼續(xù)全力推動人類表型組相關國際標準的建立。

在此基礎上，我們推動了各方協(xié)商“路線圖”，即人類表型組大科學計劃初期的重點主攻方向。

2020年的10月24-26日，我們在線上主辦了第三屆國際人類表型組研討會。經過討論，科學家們初步達成共識，提出人類表型組大科學計劃在近期應優(yōu)先聚焦“新冠肺炎和其他重大疾病的表型組學研究”、“表型組研究技術體系與科研基礎設施構建”以及“表型組學研究中的標準操作程序（SOPs）”三大主攻方向。

各國科學家高度認同，應把聚焦新冠肺炎疫情開展表型組學研究作為人類表型組大科學計劃啟動后實質推進的首要優(yōu)先主題之一。除了新冠，其他重大疾病的表型組研究也是大科學計劃的重要“落腳點”。