《科學》公布2010年十大科學突破中國聯合研究成果入選

本刊編輯 姜 瑩

《科學》公布2010年十大科學突破中國聯合研究成果入選

本刊編輯 姜 瑩

國際著名科學期刊美國《Science》雜志公布了“2010年十大科學突破”（Breakthrough of 2010），分別為量子機械、合成生物學、尼安德特人基因組、下一世代的基因組學、RNA的重新編程、外顯子組測序/罕見疾病基因、量子模擬器、分子動力學模擬、大鼠的回歸與HIV預防。其中“下一世代的基因組學”一項涉及華大基因參與的兩個國際聯合研究成果，即“深度解讀4000年前古人類全基因組”與“國際千人基因組計劃新進展----發布迄今最詳盡的人類基因多態性圖譜”。華大基因在這兩項工作中都是重要的完成單位，彰顯了華大基因在國際基因組學研究領域的先進性及前沿地位。據悉，2010年華大基因在《自然》和《科學》等國際著名學科期刊上共發表論文10篇。

“下一世代的基因組學”是基于更快更廉價的測序技術，使人們能夠對遠古和現代的DNA進行極大規模的研究。

下一世代的基因組學

2010年2月11日，國際頂尖科學期刊《Nature》發表了由中國深圳華大基因研究院和丹麥哥本哈根大學聯合創建的中丹基因組聯合中心完成的“深度解讀4000年前古人類全基因組”歷史性成果。該論文中的古人類樣本來源于一個被稱為Saqqaq的人類群體，約在4750年前至2500年前居住于地球北極附近的格陵蘭島，其后滅絕。數年前，科學家從格陵蘭島永凍層中發現了一名約生活在4000年前的Saqqaq古人的頭發樣本，隨即開展了各項研究工作。2009年，中丹兩國科研工作者成功從該頭發樣本中提取出細胞核DNA碎片并進行了測定，經過艱苦的組裝和序列分析工作，證明來自格陵蘭島的Saqqaq古人的遺傳信息比公認的美洲原住民（主要是印第安人和因紐特人，同屬黃種人）更加接近于現代東亞和西伯利亞人群。該研究以強有力的數據證明，在現代美洲原住民遷徙到美洲之前，還有更早一批的黃種人群體經西伯利亞遷徙到美洲，為這一人類演化歷史中的重大問題提供了最基本的證據。非常有趣的是，科學家通過對其基因組序列的仔細分析，推斷出這一4000年前古人類應該具有在亞洲人中常見的A型血、褐色眼睛、濃密的黑發和較干的耳蠟，同時很有可能是一名禿頂男性?！禢ature》雜志當期封面正是據此模擬出的Saqqaq古人頭像。

華大基因與丹麥的大學及科研機構從2000年開始，已經取得了一系列的科技合作成果。特別是近兩年在中國科技部的大力支持下，雙方已在人類胃腸道微生物宏基因組，人類代謝疾病等方面的合作取得了優異的成果，2009年11月成立的中丹基因組聯合研究中心成為中丹科技合作的里程碑。今后，該中心不僅開展多層次的科研合作，而且將整合哥本哈根大學世界一流名校的教育資源與深圳華大基因研究院的科研優勢，以科研項目為基礎每年聯合培養數十名碩博連讀研究生，其生源將主要從中國內地的申請者中選拔。

由中國深圳華大基因研究院、英國桑格（Sanger）研究所、美國國立人類基因組研究所（NHGRI）等共同發起并主導的“國際千人基因組計劃”協作組在《Nature》雜志上，以封面文章形式發布了迄今最詳盡的人類基因多態性圖譜，同時也在《Science》雜志上報告了在基因組方法學上的突破。這是全球科學家在人類基因組學領域取得的又一次重大突破，相關成果標志著人類基因研究進入了一個劃時代的新階段?！扒嘶蚪M計劃”于2008年啟動，旨在繪制迄今最詳盡、最有醫學應用價值的人類基因多態性圖譜，此次成果報告的是該計劃第一階段的分析成果。

“2010年十大科學突破”榜單：

量子鼓——人類可同時身處兩地

在今年之前，所有機器的運作都還是見怪不怪地遵循著經典力學的法則。然而，今年3月，美國加州大學圣巴巴拉分校的物理學家安德魯·克萊蘭德和約翰·馬丁尼斯與同事一起設計的實驗機械是一個人們裸眼可見的、極其細小的、由半導體材料制作的“量子鼓”。這項新發明是研究我們將來能否有能力同時身處兩地的第一步。

《科學》雜志將“量子鼓”評選為2010年最重大的科學突破，認為它甚至超越了所有前人發明的機器。

新的科學發現：

*首次觀測到宏觀物體量子效應

*量子力學的法則也適用于宏觀物體

*薛定諤貓

*證明人不可能同時出現在兩個地方

外顯子組測序——找到癌癥基因

對外顯子（即基因組中擔當蛋白質編碼的極小部分）進行測序，發現特殊的、至少造成12種疾病的基因突變，這些遺傳性疾病是由某個單獨的有缺陷的基因引起的。

研究人員利用外顯子組測序方法，找到了一種致命性眼癌的關鍵基因，這一研究成果可能作為未來治療這種癌癥的靶標，并且用于其它具有高度轉移性的癌癥的治療靶標。

HIV預防新希望——陰道凝膠和口腔預防

對預防HIV的兩種不同且新穎的方法的試驗報道了所取得的不容置疑的成功：一種含有抗HIV藥物泰諾福韋的陰道凝膠可使女性中HIV的感染減少39%，而一種口腔預先接觸的預防法可令一組與男性發生性關系的男子和變性女子的HIV感染減少43.8%。

分子動力學模擬——跟蹤蛋白質原子運動

研究人員利用世界上最強大的計算機之一跟蹤一個小蛋白質原子的運動，持續時間超出以往任何嘗試100倍。

首個合成基因組——人造生命誕生

2010年5月，引起諸多爭議的美國生物學家Craig Venter宣布開發出了第一個由一個合成的基因組所控制的細胞，這代表著世界上首個人造生命細胞的誕生，是人類科學歷史上的一個突破性成果。這一研究成果公布在Science雜志上。

尼安德特人基因組——我們有尼安德特人血統

在來自全世界的數十名科學家的合作下，馬克斯·普朗克進化人類學研究所的研究員斯萬特·帕博10月份公布了自己的偉大研究成果：尼安德特人的基因排序。他有一個驚人的發現：我們2%的基因來自尼安德特人。除了非洲人以外，所有人類都攜帶這些基因，證明了現代人與尼安德特人之間的聯系。

大鼠的回歸——大老鼠在解剖學上與人更接近

小鼠已經成為實驗室動物的統治者，但研究人員更愿意用大鼠開展很多工作。用大鼠工作要容易得多，并且大鼠在解剖學上與人類更接近。主要問題在于，獲得“滅活鼠”的技術還未能在大鼠身上使用?！皽缁钍蟆笔鞘鼓承┗蚴セ钚缘幕蚋脑焓?。但今年開展的一項研究有望將“滅活大鼠”帶進實驗室。

iPS新型培養方法——剔除全能細胞的風險

iPS細胞全稱為誘導性多能干細胞，是由體細胞誘導而成的干細胞，具有和胚胎干細胞類似的發育多潛能性。

iPS好用但是不敢用，這主要是因為其潛在致癌性，效率低等問題，今年來自哈佛醫學院，波士頓兒童醫院等處的研究人員創建了一種新的技術途徑，通過把普通的人體皮膚細胞經過一系列實驗快速地誘導轉變成iPS細胞，從而消除因注射病毒和致癌基因造成的風險，而且這一技術的效率大約是其他傳統方式的100倍。

量子模擬器——解開高溫超導謎團

為凝聚態物理學中的理論問題提供了快速的答案，它們可能最終會幫助人們解開諸如超導性等謎團。

千人基因組——尋找基因與疾病的關系

“千人基因組”計劃是2008年初，由來自英國桑格研究所，美國國立人類基因組研究所，中國深圳華大基因研究院等多家機構啟動的一項測序計劃，在這一計劃中，科學家們將對全球各地至少1000個（目前是2000個人左右）人類個體的基因組進行測序，尋找基因與人類疾病間的秘密關系。通過這些測序也將生成一個龐大的、公開的人類基因變異目錄，有助于進行分析以及個體化醫療。

HiSeq2000實驗

深圳華大：

1999年9月9日，北京華大基因研究中心在北京正式成立。華大基因主力于2007年南下深圳，成立了致力于公益性研究的事業單位深圳華大基因研究院，并于當年10月完成了第一個中國人的基因組序列圖譜，2008年1月與英美科學家一起啟動了“國際千人基因組計劃”，2008年3月啟動了“大熊貓基因組計劃”，2008年10月完成了大熊貓基因組框架圖和手工克隆豬的研制，2009年4月啟動了“世界三極動物基因組計劃”，2009年8月啟動了“萬種微生物基因組計劃”，2009年12月與國家農業部和深圳市人民政府共建了“基因組學農業部重點實驗室”，2010年1月啟動了“1000種動植物基因組計劃”。在國際合作方面，華大基因已啟動了“中丹合作糖尿病項目”、“中國歐盟合作腸道微生物項目”，和美國科學家共同發起“共生體基因組計劃”，并與丹麥科學家成立了“中丹癌癥研究中心”、與香港中文大學成立了“中.華.基因組研究中心”。

華大基因近期相繼成立了香港華大、武漢華大、美洲華大及歐洲華大，致力于開展知識產權密集型的人類健康、規?；匾锓N、重要經濟動植物等基因組研究及應用，大力發展科技合作與科技服務產業、醫學健康產業和現代農業產業。

近期顯著成果：

國際千人基因組計劃又取得重大突破

由中國深圳華大基因研究院（BGI-Shenzhen），英國桑格（Sanger）研究所，美國國立人類基因組研究所（NHGRI）等共同發起并主導的“國際千人基因組計劃”協作組完成了幾乎覆蓋全人類基因組的遺傳多態性圖譜，該研究成果于2010年10月28日發表在國際頂尖雜志《自然》上，這是全球科學家在人類基因組學領域取得的又一次重大突破。

采用新一代測序技術，科學家們構建了迄今為止最詳盡的、最有醫學應用價值的人類基因組遺傳多態性圖譜，該圖譜包含約15萬個SNPs，100萬個插入/缺失，2萬個結構變異，這些遺傳變異絕大多數是最新發現的，已經在國際千人基因組的網站上公布。根據分析，任何人95%以上的突變都可以在該數據中找到。研究人員發現，平均每個人大概攜帶250個到300個失去功能（loss-of-function）的突變，其中50到100個與遺傳病有關。

由于對大量的樣本進行全基因組測序的成本很高，為提高效率研究人員采用了兩種方法：一種叫“低覆蓋”的方法，將很多人的部分數據結合起來；另一種方法只對蛋白質編碼基因進行研究。事實證明這兩種方法都是行之有效的，而且還具有互補的優勢，這對于未來的大規模遺傳變異研究提供了有效的技術手段。

華大基因研究院執行總裁王俊博士說：“千人基因組計劃為進一步從發現基因到理解基因奠定了堅實的基礎。它的成果將推動基因組學在疾病健康領域的應用，真正實現人類基因組的價值。”

“千人計劃”英方協調人、英國Sanger研究所Richard Durbin 博士說：“先導項目的完成為人類遺傳變異研究打下了堅實的基礎，它將促使科學家們建立全面、公開的人類基因組遺傳多態性圖譜，支撐未來的遺傳學研究。”

“千人計劃”美方協調人、美國Broad研究所David Altshuler博士說：“千人計劃所設立的公共數據庫為普通疾病和罕見疾病的研究產生了很大的影響，生物技術公司已經開發出可以用來檢測常見變異的基因分型產品。”

美國國家人類基因組研究院（NHGRI）的Lisa Brooks博士說：“在過去的5年中，第一代研究方法----全基因組關聯性分析（GWAS）是基于HapMap的早期遺傳變異圖譜建立起來的，相對于HapMap，千人基因組圖譜可以幫助研究人員鑒定所有在疾病相關區域的候選基因，一旦與疾病相關區域的基因得到鑒定，就可以開展變異、基因以及調控元件引發疾病風險的研究。研究人員還可以在數據庫中查找所有的候選基因和所有的變異，為疾病發病機理的研究有很大的幫助?！?/p>

“國際千人基因組計劃”自2008年啟動以來，隨著第一階段的3個先導項目的完成，千人計劃已經進入正式研究階段，在未來的兩年內研究人員將會來自27個種群的2500個樣本進行研究，全部數據都將免費公開。在基金會和許多國家政府的支持下，該計劃將在2012年結束，花費約1.2億美元。

參與機構

給予支持的組織機構主要包括：454生命科學，羅氏公司，布蘭福德（康涅狄格州），生命技術公司，卡爾斯巴德（加利福尼亞州），深圳華大基因研究院（中國深圳），Illumina公司（圣地亞哥），馬克斯普朗克分子遺傳學研究所（德國柏林），威康信托基金會桑格研究所（英國欣克斯頓，劍橋）以及國家人類基因研究所。他們支持貝勒醫學院（德克薩斯州休斯頓），Broad研究院（馬薩諸塞州劍橋大學），以及華盛頓大學密蘇里大學圣路易分校的研究工作。許多在其他機構的研究者也參與了項目的工作，包括巴巴多斯，加拿大，中國，哥倫比亞，芬蘭，岡比亞，印度，馬拉維，巴基斯坦，秘魯，波多黎各，西班牙，英國，美國和越南。

“人體腸道菌群元基因組研究”以封面故事形式發表于《自然》雜志

北京時間2010年3月4日出版的國際頂尖科學期刊《自然》以封面故事著重介紹了由中國深圳華大基因研究院主要承擔的“人體腸道菌群元基因組參考基因集的構建工作”。該研究屬于歐盟第七框架資助項目——人體腸道元基因組研究計劃（MetaHIT）的一部分，得到了國家科技部國際合作司和深圳市的配套支持。深圳華大基因研究院作為唯一的非歐盟研究團體參與到MetaHIT計劃中，采用高通量的測序技術和高效能的信息分析平臺，取得了一系列突破性的研究成果。

人體除受自身基因的調控外，還受到大量的共生細菌的影響。這些細菌大部分寄生在人的腸道中，通稱為腸道菌群，在學術界常被稱作“人體腸道元基因組”。該項研究成果收集了124個來自于歐洲人腸道菌群的樣本，采用了新一代大規模高通量的測序技術進行深度測序，產出近6千億的堿基序列。經過序列組裝和基因注釋分析，從中獲得330萬個非冗余的人體腸道元基因組的參考基因，約是人自身基因的150倍。這個基因集中包含了絕大部分目前已知的人體腸道微生物基因，但更多的是目前未知微生物的基因。從這個基因集中可以估計人腸道中存在約1000到1150種細菌，平均每個體內約含有160種優勢菌種，并且這些細菌是絕大部分個體所共有的。

據了解，在此項研究成果的基礎上，深圳華大基因研究院與MetaHIT計劃的眾多合作單位一起，正在開展更深入的研究以揭示腸道菌群的基因組成與肥胖、腸炎病的關系。此外，深圳華大基因研究院還與北京大學深圳醫院展開合作，攜手進行人體腸道菌群與糖尿病的關聯分析。種種這些研究不僅將對人類自身健康與體內微生物的微妙關系做出科學的詮釋，也更有助于預防、監控和干預由腸道菌群引發的肥胖、腸炎和糖尿病等疾病。我們相信，基于腸道元基因組的個體化醫療時代已不遙遠。

華大聯合研究成果入選《科學》“本世紀前十年十項科學卓見”

《科學》評選出了十項科學成就作為“本十年卓見”。其中生命科學領域的發現包括基因組暗物質、古代DNA、細胞再生、腸道菌群及炎癥在慢性疾病中的作用。在“基因組暗物質”一項中，提出華大基因參與的“國際人類基因組計劃”完成的重要意義。同時，在“腸道菌群”一項正文中，著重提到華大基因團隊的貢獻，指出了以華大基因為第一發表單位的“構建人體腸道菌群元基因組參考基因集”重要研究論文的開創性研究意義（原文直譯：2010年深圳華大基因研究院的王俊和他的同事們對人體腸道菌群元基因組進行了一個更全面的分析。這兩項研究的結果都支持微生物和人組成“超個體”的概念，其具有龐大的全部遺傳信息。）。

中國科學家2000年4月提前完成了人類基因組計劃百分之一的測序任務，這一由六國參加的重大生物工程于2000年6月26日如期完成。我國承擔的任務是完成人類3號染色體短臂上距端粒端約30cM的DNA序列的精細測定，主要內容包括：物理圖譜建立與大規模克隆篩選、霰彈法測序與“工作框架圖”構建、序列的組裝與“完成圖”構建、生物信息學技術的建立和大量數據的整理分析。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英等6國科學家宣布首次繪成人類基因組“工作框架圖”。中國科學家首次登上基因組科學高地，為中國發展基因組科學奠定了堅實的基礎。2001年2月15日，世界著名《Nature》雜志發表封面文章“人類基因組的初步測序及分析”一文，該論文是人類基因組計劃所取得的重要成果。2001年8月26日，國際人類基因組計劃中國部分“完成圖”提前兩年高質量地繪制完成。人類基因組工作框架圖“中國卷”更于2002年1月23日榮獲由兩院院士投票評出的2001 年度中國十大科技進展，名列第二位。

2010年 3月4日，《Nature》以封面故事著重介紹了由深圳華大基因研究院作為重要參與者所完成的“人體腸道菌群元基因組參考基因集的構建工作”，該研究屬于歐盟第七框架資助項目----人體腸道元基因組研究計劃的一部分。研究成果收集了124個來自于歐洲人腸道菌群的樣本，采用了新一代大規模高通量的測序技術進行深度測序，產出近6千億的堿基序列。經過序列組裝和基因注釋分析，從中獲得330萬個非冗余的人體腸道元基因組的參考基因，約是人自身基因的150倍。這個基因集中包含了絕大部分目前已知的人體腸道微生物基因，但更多的是目前未知微生物的基因。從這個基因集中可以估計人腸道中存在約1000-1150種細菌，平均每個個體內約含有160種優勢菌種，并且這些細菌是絕大部分個體所共有的。人體腸道元基因組參考基因集的構建，加深了人們對腸道微生物與人體自身健康關系的理解，也更有助于預防、監控和干預由腸道菌群引發的肥胖、腸炎和糖尿病等疾病。

華大榮登《科學》雜志“年度新聞”

2010年12月17日，深圳華大基因研究院的聯合研究成果繼入選《科學》雜志“2010十大科學突破”及“本世紀前十年十項科學卓見”之后，再次入選該雜志的“年度新聞”（The Year in News）。

《科學》雜志的年度新聞回顧了這一年全球在科學研究及政策方面具有重大影響力的37個事件和成果。這些新聞拓寬了世人的科學認知，并對全球各大研究機構產生影響。

在該年度回顧的最后一條以華大基因作為主題，報道了其躋身成為世界最大規模的測序中心，陸續完成了螞蟻基因組、古人基因組、人類甲基化組以及人類胃腸道菌群元基因組等研究工作。

華大入選《Nature》“年度特寫”

12月23日出版的最新一期《自然》雜志推出2010年年度專刊——《回顧2010》，對2010年的重要人物、重大新聞以及科技進展等進行了評點。

該專刊包括了年度新聞人物、這就是2010及年度熱點研究等部分。其中“這就是2010”評選了年度新聞和年度圖片等2010年所被關注的重點?！蹲匀弧冯s志于2010年3月3日發表的華大基因專題報道“中國的生命科學-世界測序工廠”也入選為“年度特寫”報道之一。

2010年華大基因大事記

·2010年1月21日，由深圳華大基因研究院發起，中國科學院昆明動物研究所，中國科學院動物研究所，成都大熊貓繁育研究基地和中國保護大熊貓研究中心參與的合作研究成果《大熊貓基因組》以封面故事發表于《自然》雜志。

·2010年2月11日，由中國深圳華大基因研究院和丹麥哥本哈根大學聯合創建的中丹基因組聯合中心完成的“深度解讀4000年前古人類基因”研究成果以封面故事發表在《自然》上。

·2010年3月4日，國際頂尖科學期刊《自然》以封面故事著重介紹了由中國深圳華大基因研究院主要承擔的“人體腸道菌群元基因組參考基因集的構建工作”。

·2010年4月27日，美洲華大正式成立！美洲華大立足美國波士頓，其業務將覆蓋美洲所有國家。

·2010年5月3日，由中國科學院昆明動物研究所、深圳華大基因研究院、西南大學、上海腫瘤所等合作的研究成果“家蠶基因組甲基化圖譜”在國際著名學術雜志《NATURE BIOTECHNOLOGY》（《自然-生物技術》分刊）上發表。

·2010年6月9日，深圳華大基因研究院（BGI）與沙特阿卜杜勒阿齊茲國王科技城（KACST）聯合宣布，成功繪制完成阿拉伯駱駝的全基因圖譜。

·2010年7月2日，《50個全外顯子測序揭示人類的高原適應機制》這一成果由國際權威學術刊物《Science》正式發表。該成果由深圳華大基因研究院發起和主導，得到了國家自然科學基金委員會、國家科技部、中國科學院、深圳市政府以及丹麥、美國、瑞士等國自然科學基金委員會的支持。

·2010年7月21日，由深圳華大基因研究院主要承擔的“人體腸道菌群元基因組參考基因集的構建工作”研究成果被Nature China評選為亮點文章。

·2010年8月4日，由深圳華大基因研究院發起和主導完成的《50個全外顯子測序揭示人類的高原適應機制》研究成果被Nature China評選為亮點文章。

·2010年8月27日，來自亞利桑那州立大學、深圳華大基因研究院、紐約大學醫學院、賓夕法尼亞大學醫學院的國際研究小組在《科學》上發表了弓背蟻與印度跳蟻的基因組研究成果。

·荷蘭阿姆斯特丹當地時間2010年9月23日，“荷蘭人基因組計劃”宣布正式啟動。該計劃將由荷蘭人類基因組研究聯盟和華大基因研究院共同合作完成。

·2010年10月28日，由深圳華大基因研究院，英國桑格研究所，美國國立人類基因組研究所等共同發起并主導的“國際千人基因組計劃”協作組完成了幾乎覆蓋全人類基因組的遺傳多態性圖譜研究成果在國際頂尖雜志《自然》上發表。

·2010年11月4日，全球最大的基因組學研究機構深圳華大基因研究院與基因組光學圖譜技術的獨家供應機構OpGen公司共同宣布，雙方將致力于推廣基因組光學圖譜技術在人類和動植物全基因組測序組裝中的應用。

·2010年11月14日，香港中文大學、華大基因研究院、農業部、中國科學院等單位合作的“大豆回家”項目，在大豆基因組研究取得重大突破。研究成果“31個大豆基因組重測序揭示遺傳多樣性和進化選擇模式”在國際著名雜志《自然-遺傳學》上在線發表。