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人類基因組計劃是我的生命—于軍

時間:2014-05-09 點擊數:11594

        于軍,紐約大學醫學院生物醫學科學博士,師從臺灣中研院院士孫同天教授;博士后研究追隨美國“人類基因組計劃”的和設計者之一,基因組學家、美國科學院院士Maynard V.Olson。

 1993年,于軍參與“人類基因組計劃”這一里程碑式的偉大科學計劃,也成為早期參與計劃的華人,他在導師Maynard V.Olson的全力支持下,促成了科學家參與“人類基因組計劃”。

 日前,記者獲得了專訪于軍的機會。從下鄉知青到參與人類基因組計劃,從回國推動基因組學研究到參與組建華大基因公司,于軍次向媒體披露往事。

 從知青到基因學者

 1978年,于軍被吉林大學化學系生物化學專業(5年制)錄取,自此,他5年“下鄉知青”的人生開始轉變。

 1983年,于軍畢業并考上了中科院生物物理所研究生,同時被推薦參考出國留學項目:康奈爾大學的吳瑞教授發起的CUSBEA(China-US Biology Examination and Application)。終,他獲得了這個到紐約大學醫學院攻讀生物醫學科學博士的機會。

 于軍到達紐約的那一年(1984年),正好遇上美國乃至的生物學界醞釀一件前所未有的大事—啟動“人類基因組計劃”。這一計劃旨在測定人類基因組的全部DNA序列,一次性解決分子生物學家夢寐以求的結果:了解人類所有與癌癥相關的基因。這是在美國總統尼克松提出“向癌癥開戰”近10年后,由一代具有遠見卓識的科學家們推動下發起實施的。

 從那時起,“人類基因組計劃”成了于軍科學生涯關注的焦點,“它的產生過程、規模、進展、動向等一直就是我的呼吸和生命。”于軍說。

 1990年,于軍完成學業,并獲全美泌尿科疾病研究協會“博士學者基金”,留在紐約大學醫學院任研究助理教授。

 1992年的一天,Maynard V.Olson博士親自來到紐約大學,請于軍到他的實驗室參與共同建立“人類基因組計劃”所需要的關鍵技術,并領導具體研發和實驗工作。于軍欣然接受,放棄了幾個其他高校和科研單位更優惠的承諾和待遇。

 1993年,于軍辭去在紐約大學醫學院的研究助理教授職位,加入了以Maynard V.Olson實驗室為主體組成的“華盛頓大學基因組研究中心”。“人類基因組計劃”的實際操作就從初的十幾個實驗室開始,進而走向規?;?。

 于軍延續了Olson的物理圖譜制作原理,與來自計算機、物理和數學領域的幾位博士同事共同創立了當時上嚴謹、、系統的基因組物理圖譜制作方法—多酶完全水解物理圖譜,還將其用于規?;锢韴D譜制作,并為基于克隆的DNA測序提供直接材料。

 不久,于軍又開始生物信息學研究,在數據獲取和分析的實際工作中逐漸認識到了基因組學作為一門大科學、大學科的真正含義。

 基因組學先是一門大科學。它的復雜性和對新技術的要求,要求很強的團隊合作精神和不同領域科學家的共同努力。它的信息含量(人類基因組含30億信息符號),需要規?;?、高速度解讀;它的統一性(每個生命都有其特定的基因組)和它的特殊性(每個生命都有它的基因組)決定了它成為生命科學研究的基礎或基本生物信息。

 談及基因組學的“大”,于軍解釋,在基因組水平,有數以百萬計的真核生物物種和數以千萬計的原核生物物種要測序,還有每一個人類個體—個性化醫療的基本數據—基因組要測序;在表觀組學(epigenomic;脫氧核糖核酸、染色體結構與功能的解讀)和核算組學(ribogenomics;核糖核酸與功能的解讀)水平,每一個不同細胞也要測序(人體有約1013個細胞)。

 據介紹,基因組學的基本定律和科學發現將從根本上改變生命科學諸多學科的研究方法和策略,在未來的幾十年里它的意義將逐漸被科學家及大眾所認知和理解。包羅萬象的生命,決定了基因組的復雜性;基因組信息的系統性,決定了生命科學研究的系統性。

 隨著科學技術飛速發展,啟動“人類基因組計劃”的時間日益臨近。

 “1984年我剛到美國時,一個博士候選人要用近一年時間來解讀2000個堿基對;而兩年后,一年就可以測2萬個堿基對了。”于軍說。1993年,自動化基因測序儀誕生,推動“人類基因組計劃”進入了實質性的運作階段。

 早期,法國、日本、德國等都積參與了由美國和英國啟動的“人類基因組計劃”。英國積包攬了1號染色體的測序,這是人類基因組zui大的一條染色體。法國科學家參與這項計劃時,為了籌集項目資金,曾通過電視宣稱此項計劃對人類的重大意義,并直接向民眾募集資金。

 奠基基因學研究

 “人類基因組計劃”進程之快,出乎所有人預料。短短幾年里,酵母的基因組被解讀,線蟲的基因組被解讀,果蠅的基因組被解讀,擬南芥的基因組被解讀……更多的基因組則正在進入作業線。小鼠、大鼠、水稻、玉米等大型基因組也緊接著被列入和企業的基因組測序計劃。

 的科學家將如何面對這一新的發展領域?要不要參與“人類基因組計劃”?要不要建立基因組學技術平臺?的基因組研究計劃是什么?—這些問題一直在于軍的腦海中揮之不去。

 “我的老師Maynard V.Olson一直支持我把所學的東西帶回,推動基因組學研究的發展。在他的心中,科學沒有國界,科學研究的目標是造福全人類。”于軍說。

 1997年,于軍應邀參加了在湖南張家界(000430,股吧)召開的由遺傳學學會青年委員會組織的遺傳學研討會,向的遺傳學界同行詳細地介紹了“人類基因組計劃”的進展和前景。

 1998年,于軍接受時任遺傳發育所所長的陳受宜和副所長朱立煌的邀請,回到他的“娘家”—科學院,應邀擔任中科院遺傳所人類基因組研究中心副主任。

 同年,于軍開始為基因組學研究培養人才,并積協調在“人類基因組計劃”已經分配完的任務中“勻”給一小部分。終,他以測定鼻咽癌易感基因的名義,向美國負責3號染色體測序的Richard A. Gibbs要了短臂末端的30兆(30 Mb)堿基,也就是人類基因組測序工作的1%??茖W家們由此接到了真正的任務,為正式參加這一計劃鋪平了道路。

 1999年,“華大基因”(BGI)成立。同年,項目組接到了一批11臺DNA測序儀,真正啟動的“人類基因組計劃”的“武器”到位。當11輛大卡車拉著機器緩緩駛進位于北京空港開發區B區的“華大基因”,實驗室里一片沸騰。

 2003年,于軍代表科學家參加了在美國都華盛頓舉行的慶祝儀式,與美國、英國、法國、德國、日本等國的科學家一道,為共同完成“人類基因組計劃”而激動和歡呼。此時,距離1953年美國科學家James D.Watson發布DNA雙螺旋模型已經過去了整整半個世紀。

 結緣華大基因

 1993年,于軍將全家從紐約搬到西雅圖時,與在華盛頓大學做博士后研究的汪建相識。此后,汪建回國和朋友創立了臨床檢測試劑公司GBI。于軍將“人類基因組計劃”帶回的想法得了汪建的全力支持。于軍在尋求合作者時又通過汪建認識了時在丹麥工作的楊煥明。楊煥明的研究方向是人類遺傳學,有利于回國后的學術對接和科學普及。

 1998年,楊煥明、于軍與汪建在中科院遺傳所成立了人類基因研究中心并出任中心的正、副主任。來自中外的200多位科學家參加了科學院遺傳所基因組中心的揭牌儀式。鼓勵于軍把所學帶回的Maynard V.Olson也參加了這次揭牌儀式。美國《科學》雜志還發出了基因組中心成立的消息并刊載了照片,稱這是一支潛在的基因組學研究力量??茖W院和遺傳所對“人類基因組計劃”項目也給予了快和可能的支持:“院長基金”和“所長基金”。

 但當時體制仍無法滿足完成人類基因組計劃部分所需要的資金和人員。為了解決這個問題,1999年9月9日,楊煥明、汪建和于軍三人組建了華大基因。從此,華大基因成為了基因組研究除中科院之外的另一個平臺,并發展壯大至今。

 目前華大基因在基因測序工作規模方面已經成為一,被稱譽為基因測序領域的“富士康”。于軍在華盛頓大學基因組研究中心培養的那批科研人員至今仍是華大基因的骨干力量。

 公司制的華大基因為了完成科研工作,不僅依靠中科院的傳統體制申請科研資金支持,還聯合其他科研院所、地方政府、各大高校等機構,以獲得科研資金的支持。華大基因分別在北京空港科技創業園和杭州組建了南、北“華大基因”,一同完成了“1%”的人類基因組測序計劃,也完成了水稻和家蠶等基因組計劃。這些成就的取得無疑與楊煥明、于軍和汪建的緊密合作息息相關。

 2008年,華大基因獲深圳市政府的邀請,遷址深圳鹽田區,開始向產業化、規?;l展。不過,于軍沒有“隨軍南下”,原因是他覺得自己是中科院培養的留學生,更想把所學和精力交還給“娘家”中科院,更愿意留在中科院從事基礎研究和教育工作。

 從1998年回國工作后,于軍先后主持了“人類基因組計劃北京部分(1%計劃,任科學家)”、“雜交水稻基因組計劃”(1999年啟動)、“家蠶基因組計劃”、“雞基因組多態性研究計劃”等多項大型基因組研究計劃,提出了一系列基因組學的新概念和系統理論,為的基因組學的起步和發展奠定了堅實的基礎,也確立了基因組學研究在上的地位。

 2003年,于軍等受中科院之托,組建了科學院北京基因組研究所。

 推動基因測序儀國產化

 “工欲善其事,必先利其器。”眾多基因組基礎研究歸于技術、方法和工具的開發,其中主要的是DNA測序儀和計算機。

 測序儀的發展推動基因組學研究向應用方向發展,人類基因測序的速度和費用都實現顯著優化。“人類基因組計劃”的初預算是30億美元—等于每一個核苷酸的測定就要花1美元。隨著測序技術的更新和發展,一個人類基因組的測序價格從2006年的1億美元降到2008年的100萬美元。由于各類“下一代”測序儀的問世,測定一個人的基因組已經到了今天的1000美元左右。然而,還是沒有自己的測序儀,精通這一技術的于軍一直在耿耿于懷。

 于軍對測序儀的研究始于2008年與中科院半導體所時任副所長俞育德的合作。后來半導體所經“千人計劃”引進的周曉光博士的加盟更加速了合作進程。在科學院500余萬元項目的資助下,于軍的團隊就在短短的3年里研制出一臺實驗室樣機。兩年后,生產型也問世,并將成果成功地轉讓給了企業。

 在第二代和第三代(單分子)DNA測序儀的研發上于軍頗有信心。他說,目前的測序儀都各有優缺點,不能完全互相取代,只能是既競爭,又相輔相成,為新儀器的研發提供了的土壤。

 于軍半開玩笑地說:“如果幾年前再能得到科學院以外的一點支持的話,我們早就用上自己的儀器了,關鍵是我們自己人也不相信我們能夠做出自己的測序儀來。”于軍遺憾其團隊沒有得到足夠的支持,很多好的想法“胎死腹中”。

 談到未來,于軍非常樂觀。他師從細胞生物學大家—臺灣中研院院士孫同天教授10年,同時也尋求突破和開辟新的研究領域,并大步走進分子生物學。而后,又師承“人類基因組計劃”的“設計師”Olson博士十數載,從技術到科學,走進基因組學與生物信息學?;貒?,他開啟了表型可塑性研究從鹵蟲到雜交水稻,重回細胞生物學,提出“五流同悟” (將基因組生物學分為信息流、操作流、分室流、平衡流和可塑流,并建議五流平行思考和研究),貫通生命科學的信息、物質、操作、分層與行為,理解生命的發生、傳承和變演。在不斷創新技術和思想的基礎上,他已經將實驗室的研究手段推向單細胞和單分子,研究細胞的異質性—遺傳因素不變時,真核與原核細胞的個體育群體行為。

 于軍的夢想是在啟動一個與“人類基因組計劃”相當規模的大科學項目,即“哺乳動物表觀-核算組計劃”,并以此來帶動科學的高速發展和生命科學的新研究方向。這個計劃的目的是解讀生命“操作流”的信息和分子機制。這部分機制是由DNA、RNA和蛋白質等共同參與,但是沒有簡單地記錄DNA序列里面。他說,解讀“可塑流”的項目正在醞釀,比如認知可塑性的規?;芯繉⒂赡X“連接組”開始。

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