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让每个蛋白质都有特定“二维码” 我科学家将主导“基因组标签计划”

点击量:   时间:2019-06-03
  如果给人类全部2万多个编码蛋白质的基因添加一个标签,使每个蛋白质具有特定“二维码”,将会发生什么?“这将助力科学家编撰一本生命活动本质的百科全书。”中科院生化与细胞所研究员李劲松说。
 
  截至今年5月,中科院生化与细胞所基因组标签计划研发中心已给524个蛋白质加上标签并建立细胞系,获得携带标签蛋白质的小鼠141只。中心网站6月底将对外开放,全球科学家都可查询或定制自己需要的标签细胞或小鼠。据透露,中心计划用5—10年时间,给2万多个细胞添加标签,生成5000只携带标签的小鼠。不久前,在上海举行的香山科学会议上,与会专家纷纷提议,尽早启动“基因组标签”国际大科学计划,并由我国科学家主导完成。
 
  对“人造精子细胞”添加标签
 
  人类基因组计划绘制出人类基因图谱,揭示了2.2万个编码蛋白质的基因,后续的蛋白质功能研究并不像人们期待的那样顺利。“只有全面认知蛋白质才能从根本上阐释生命,但其中大约一半的蛋白质功能还没有人研究过。”李劲松说,蛋白质身处微小细胞中很难被识别,需制备特异“抗体”来识别它,而抗体的制备非常繁琐,成本高,少则几千元多则几万元,更何况还有一半的蛋白质因缺乏研究,尚无抗体。
 
  能否先在体外“人造精子细胞”中对所有蛋白质添加标签,再把这个细胞注入卵子,从而获得携带标签蛋白质的小鼠呢?李劲松回忆,2017年5月,在一次头脑风暴研讨会上,他第一次提出“基因组标签计划”设想,没想到话音刚落,《细胞研究》常务副主编李党生就兴奋地站了起来,认为这将是中国科学家对世界科学共同体的一大贡献。
 
  卵子和精子是体内仅有的单倍体细胞,一直以来卵子和精子都无法在体外培养,也无法在基因层面进行操作。李劲松课题组和徐国良课题组“借壳生蛋”,从只携带精子遗传物质的胚胎中建立单倍体胚胎干细胞,再将其注入卵子后产生健康的半克隆小鼠,这一成果入选2012年度中国科学十大进展。“人造精子细胞”技术到了2015年,健康半克隆小鼠的获得率从2%提高到20%。此后,在市科委大力支持下,以“人造精子细胞”技术为基础的“基因组标签计划”开始落地,并成立了中科院生化与细胞所基因组标签计划研发中心。
 
  探寻蛋白质如何调控生命活动
 
  “这就像使用了北斗导航系统,可以精准研究蛋白质调控网络。”李劲松说,现在仅需少数几种针对标签的特异抗体,简化了蛋白质研究流程,节省了科研时间和经费。
 
  “基因组标签计划”有望促使蛋白质研究方式改变。因缺乏简单高效的研究手段,一直以来科学家采取的都是基于1个或少数几个蛋白质的研究模式,这就有点像“盲人摸象”,而“基因组标签计划”实施,可让科学家研究一群标签相同的蛋白质。
 
  大规模的标签蛋白质细胞库和小鼠库建成后,科学家们可绘制全基因组蛋白质动态网络图谱,解析2万多个蛋白质从生命诞生到发育的表达模式,以及蛋白质如何相互作用的过程,还可延伸至肿瘤和衰老问题,探寻蛋白质如何调控生命活动。“这不是一个实验室能做到的,希望尽快启动基因组标签计划,并围绕标签小鼠资源平台启动相关国际大科学计划。”李劲松呼吁,构建自主知识产权的生物医学信息数据库,以防未来遭遇生命科学发展数据“卡脖子”问题。

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