这个项目很烧钱,但却是中国未来生物科技的希望

新创

2016-09-23 16:05

没想到,中国终于迈出了生物科技发展史上最重要的一步——建立国家性质的基因库。

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图片来自 Hksilicon

根据《央广财经评论》报道,昨天中国唯一一个获批筹建的国家基因库(CNGB),也是目前全世界最大的综合基因库——深圳国家基因库也正式启动运行了。而建造目的也很简单:有效保护、开发、利用遗传资源,提高我国生命科学研究和生物产业发展水平,维护国家生物信息安全,助力全球生命科学发展。

这,也许是科技发展的一个全新纪元零点。

基因库:保存生命的秘密

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图片来自 Huffingtonpost

小到病毒,大到蓝鲸;简单如物种,复杂如头发颜色;甚至是否容易患特殊疾病;这一切的背后总有一只 “隐形的手”——基因。

1 克 DNA 就能保存 700 TB 的数字数据,这种体积很小的分子结构几乎存在于所有的生命体当中,并且利用其自身的独特结构,保存着每一种生命体生存、繁衍、变异所需的绝大部分信息(部分细胞器同样存在少量遗传物质)。

从理论上来说,如果你掌握了一种生物基因中的所有信息,你就能够进行复原工作。

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图片来自 Wormbook

当然,目前这一切依旧是个远景。但实际上却是一个很多国家已经在摩拳擦掌的领域。目前世界上存在三大世界级基因库,分别属于美国(NCBI)、欧盟(EMBL)、日本(DDBJ),其中又以美国国家生物技术信息中心(NCBI)为最先进。

NCBI 归属于美国国家医学图书馆的分支机构,位于美国马里兰州 Bethesda,早在 1988 年就已经建立。它设有一系列生物技术和生物医学相关的数据库,并且已经成为了生物信息学的一个重要来源。

而 NCBI 之中最终要的肯定又要数 GenBank,NCBI 从 1992 年开放这项功能,并且一直与欧洲 EMBL 和日本 DDBJ 保持着持续地联系。目前 NCBI 已经具备了提供遗传物质,在线查看人类遗传物质,提供蛋白质 3D 结构信息等一系列能力。

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DNA 复杂空间结构,图片来自 Macupdate

另外一个可以当做直观证明的是,近年来与基因相关的科学研究、论文一直有引用来自 NCBI 数据。

但需要注意的是,CNGB 与国外这几个基因库还有一个区别:除了 “干库”(即基因、蛋白、分子、影像等多组学生物信息数据库)、“湿库”(多样性生物样本和物种遗传资源库)之外,国家基因库还引入了 “活库”,即生物活体库,包括动物资源、植物资源、微生物资源和海洋资源等。

这也是因为目前的技术手段下,基因检测仍需要大量专业技术人员花费大量时间,而很多基因研究对象并不会长久存在。对于濒危物种,或者已经消失的物种来说,保存其基因信息的首要工作是妥善保存其标本和活体资源。

基因库:未来生物科技突破的 “钥匙”

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黄金大米,图片来自 Wikipedia

看到这里,也许有人要问了:“这么庞大的一个工程,只会记录信息,并没有什么实际产出,太浪费钱了吧。” 而事实恰恰与此相反。

生命体虽然拥有着极其复杂的物质构成和运转体系,但实际上都是遵循着遗传物质的 “指令”,但由于从 “遗传物质——生命个体” 这个过程实在太过复杂,人类基因应用也一直处于一个非常有限的地步。目前最好的应用案例是各种转基因作物,以及在治疗癌症过程中使用的靶向药物。

转基因作物通过将很多本不存在于植物当中的基因引入,使作物拥有产生 “杀虫物质”、“抗除草剂” 等优点,从而让农作物生产能够以更高的效率进行,间接保障了人类的生存。杂交技术原理同样如此,只不过在基因 “修改” 上,相对没有那么直接,依旧是通过大自然的交配繁育来进行。

当然肯定会有人会再次提起转基因作物的相关质疑,从美国相关的应用案例来看,转基因大豆和玉米已经极大的改变了美国整个食品工业体系。同时在今年的 5 月,美国国家科学院也专门刊发报告称:“转基因作物对人体无害。”

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图片来自 Uscure

也许你仍然认为这不是正确的结论,但是我们有必要进行一定程度的尝试。

另外一个应用则更容易接受,靶向治疗的出现完全改写了原有癌症治疗办法:从对人身体伤害极大的整体化疗和理疗改为针对癌细胞局部放射。这也让人们在找到完全控制癌细胞的方法之前,一下子拥有了与癌细胞抗争的希望。

通过编辑特定的基因序列,人类能够生产出特定 3D 结构的蛋白质,并且将其与放射性物质进行结合。这些蛋白质 “钩子” 能够和特定的癌细胞进行微观上的 “结合”,最终实现对于癌细胞的近距离、针对性攻击。

未来希望:用基因解开生物的秘密

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图片来自 Abetterinterview

作为目前发展较慢的科学分支,生物科学往往会受到各种检测和实验手段的限制。而想要从个体甚至一个小群体中直接得出 “生物具体性状” 与 “具体基因片段” 之间的联系基本不可能。

更不要说复杂如人这样的生物,任何一个简单的性状很可能由数个基因片段共同控制,传统的检测手段基本无能为力。这也是目前生物科技遇上的 “隐形墙”。

但最好的解决方案其实也很简单——扩大数据量。这也是基因库建立的最重要原因。

1 个人的数据不够就加 1000 个人;1000 个人不行就再加 100000 个人;如果我们真的能够为全人类建立一个基因库,同时又与每个人各自的性状、特点、疾病所对应,人类自身的生命之谜可能会一次性解开。

未来虽然美好,但当下的障碍仍需要直面。虽然基因库已经建立,但是目前基因的检测依旧相对复杂,如何能够进一步降低成本,同时逐渐收集到更多数据,并通过对比得出背后的关系依旧困难重重。

但至少,我们迈出了第一步。

题图来自 Wallarthd

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