探索人體宇宙 破解生命密碼

復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院科研人員在分析數(shù)據(jù)。學(xué)校供圖

　　“你肯定知道人類基因組計劃?！?/p>

　　2024年11月，上海，復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院的會議室內(nèi)，田梅端詳了一下記者，問道。

　　田梅是研究院執(zhí)行院長、世界分子影像學(xué)會主席。面對科學(xué)家，記者老實承認：“我記得世紀(jì)之交，人類基因組計劃是街頭巷尾熱議的話題。大家都說，它會讓每個人知道自己的生老病死?！?/p>

　　“沒錯，1999年，中國科學(xué)家正式加入人類基因組計劃，承擔(dān)1%的測序任務(wù)?！碧锩愤呎f邊打開面前的電腦，一份PPT投影到會議室前方巨大的屏幕上，標(biāo)題赫然顯現(xiàn)——人類表型組國際大科學(xué)計劃。

　　在人類基因組計劃完成20多年后，中國科學(xué)家轉(zhuǎn)變角色，率先系統(tǒng)提出開展人類表型組國際大科學(xué)計劃的科學(xué)倡議，并在復(fù)旦大學(xué)建成全球三大表型組學(xué)研究中心之一。

　　各國科學(xué)家們再次集結(jié)，向人體和生命奧秘開始新的進軍。

　　率先布局，開啟表型研究

　　機體的運行、疾病的產(chǎn)生、器官的興衰……從古至今，人體的奧秘吸引了無數(shù)科學(xué)家探索。

　　在過去的40年，生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域發(fā)展的主要驅(qū)動力來自人類基因組計劃。然而隨著研究的深入，人們發(fā)現(xiàn)，基因組無法解釋所有疾病的致病原因。盡管基因組已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了大量疾病靶點，但依然有很多疾病沒有找到對應(yīng)的基因靶點。

　　2015年5月，北京香山飯店。1993年正式創(chuàng)辦的香山科學(xué)會議舉行第525次會議，這次會議首次聚焦“國際人類表型組研究”這一問題。

　　“生命科學(xué)發(fā)展遇到新瓶頸，需要科研范式轉(zhuǎn)換。”“亟須系統(tǒng)深入進行人群表型特征的精確測量，利用大數(shù)據(jù)手段，建立基因與表型的關(guān)聯(lián)，為我國生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和跨越式發(fā)展提供科技支撐?！薄罱K，大家一致倡議，發(fā)起人類表型組國際大科學(xué)計劃。

　　表型，是指生命體的各種特征。

　　有的肉眼可見：單雙眼皮、直發(fā)卷發(fā)、喝酒是否容易臉紅……有的肉眼不可見：靜息代謝、皮膚表面菌群……各種表型全部統(tǒng)合起來，就是表型組。

　　人類表型組國際大科學(xué)計劃，就是通過系統(tǒng)精密的跨尺度測量，積累海量的生物信息大數(shù)據(jù)，再對這些數(shù)據(jù)進行分析建模，進而發(fā)現(xiàn)還未被人類發(fā)現(xiàn)的基因—表型—環(huán)境以及宏觀—微觀表型之間的關(guān)聯(lián)機制，最終實現(xiàn)對疾病更加精準(zhǔn)的診斷、干預(yù)、調(diào)控和治療。

　　“某種意義上，表型組學(xué)是基因組學(xué)的延伸?！敝袊茖W(xué)院院士、復(fù)旦大學(xué)校長、人類表型組研究院院長金力說。他是香山科學(xué)會議的參會者之一，也是人類表型組國際大科學(xué)計劃的發(fā)起人之一。

　　金力經(jīng)常用的一個比喻是：“如果說人類基因組計劃讓科學(xué)家手里有了探索生命奧秘的指南針，那么人類表型組國際大科學(xué)計劃將打造未來遨游生命科學(xué)世界的全球衛(wèi)星定位系統(tǒng)?！?/p>

　　從一開始，人類表型組國際大科學(xué)計劃就被定位為“國際大科學(xué)計劃”。

　　“我們當(dāng)然可以在中國人中做，或者在某一個國家、某一個民族人群中做。”金力說，“但是，表型本身在全球不同人種、不同人群之間存在較大差別。如果我們不能利用這種差別來增加表型的多樣性，那就太可惜了?！?/p>

　　早在2014年，復(fù)旦大學(xué)便開始籌備發(fā)起工作。2018年，上海市首批市級科技重大專項“國際人類表型組計劃（一期）”啟動，由復(fù)旦大學(xué)牽頭，中國科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院等承擔(dān)。

　　隨后，中國科學(xué)家聯(lián)合國際上志同道合的頂尖學(xué)者，共同發(fā)起成立了國際人類表型組研究協(xié)作組（IHPC）和中國人類表型組研究協(xié)作組（HPCC）。人類表型組國際大科學(xué)計劃正式啟航。

　　四個第一奠定引領(lǐng)優(yōu)勢

　　“你有機會可以當(dāng)我們的志愿者，接受一個‘超級體檢’?！痹诼?lián)系采訪之初，研究院工作人員就對記者發(fā)出邀請，“如果折算成市場價格，這個體檢價值十萬元。”

　　“超級體檢”的真名，叫“自然人群隊列健康表型研究”。研究院的3樓是人類表型組計劃的“檢測中心”。志愿者要在這里用兩天一夜的時間，檢查2.4萬個指標(biāo)，也就是2.4萬個表型。

　　支撐起這一龐大檢測的，是十幾個檢測室，以及讓人眼花繚亂的設(shè)備，還有一整套流程。精密測量平臺主任羅競春帶著記者逐個參觀。

　　“這個，用來測皮膚表面的菌群。所以檢測當(dāng)天，額頭、前臂、頭皮和后背都不要接觸水。”

　　“這是腦電檢測，測量人在靜息狀態(tài)下的自發(fā)性神經(jīng)活動。戴上電極帽，你的腦電信號會實時出現(xiàn)在面前的電腦屏幕上?！?/p>

　　還有一間小臥室，志愿者需要佩戴電極帽、血氧儀等監(jiān)測設(shè)備在這里睡一晚。此外，還有一個攝像頭。“攝像頭會在22點打開，直到第二天6點?！绷_競春說，“睡覺的各種狀態(tài)，也是表型數(shù)據(jù)?！?/p>

　　看起來，似乎也就是比一般體檢全面一些?！笆f元”的價值，如何體現(xiàn)？

　　“表型測量，關(guān)鍵在于精密。測量方法精密，測量細節(jié)也同樣精密。”羅競春說，“比如志愿者測量多久再休息多久可以達到最佳效果，都經(jīng)過精密設(shè)計。”

　　好似一名向?qū)?，羅競春撥開拼圖中的迷霧。隨著迷霧全部散去，拼圖完整呈現(xiàn)。

　　“你剛才看到、聽到的所有一切，正式名稱是全球第一個‘跨尺度多維度人類表型精密測量平臺’及其全套標(biāo)準(zhǔn)作業(yè)程序體系?！绷_競春微笑著說。這是他和同事們5年多的心血，目前居于世界領(lǐng)先地位。

　　這是中國在人類表型組這一生物醫(yī)學(xué)最前沿的領(lǐng)先實力最直觀的展示。

　　在這個平臺及作業(yè)體系里，完成了超過1400人、每人測量2.4萬個表型的健康人群表型精密測量千人核心隊列——這是第一個“全球第一”。

　　依據(jù)上述數(shù)據(jù)，中國科學(xué)家繪制了全球首版人類表型組導(dǎo)航圖，發(fā)現(xiàn)150余萬個表型間強關(guān)聯(lián)，其中絕大多數(shù)是科學(xué)界首次發(fā)現(xiàn)；研發(fā)全球首個多組學(xué)標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)“中華家系1號”，并獲頒8個國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)認證——第三、第四個全球第一。

　　也就是說，中國科學(xué)家的工作，在“測什么”“怎么測”“怎么算”等核心問題上，為建立國際性表型組學(xué)研究的“標(biāo)準(zhǔn)操作程序”作出了重要貢獻?！吧鲜龉ぷ骰镜於酥袊谌祟惐硇徒M國際大科學(xué)計劃中的引領(lǐng)優(yōu)勢?！碧锩氛f。

　　統(tǒng)籌資源展示高校擔(dān)當(dāng)

　　截至目前，國際人類表型組研究協(xié)作組由來自20個國家的23位科學(xué)家（其中14位各國院士）組成，中國人類表型組研究協(xié)作組由來自國內(nèi)137名協(xié)作委員（其中38位院士）和91家協(xié)作單位組成。

　　統(tǒng)籌實施好國內(nèi)外各種資源，穩(wěn)步推進國際大科學(xué)計劃，是一項和科研工作同等重要的任務(wù)。

　　“人類表型組國際大科學(xué)計劃源起于中國。我們有責(zé)任把這個計劃組織實施好，展現(xiàn)中國高校的責(zé)任擔(dān)當(dāng)、能力水平?！碧锩氛f。

　　研究院也是《表型組學(xué)（Phenomics）》期刊編輯部所在地。

　　這本期刊，是復(fù)旦大學(xué)主辦的同行評審國際期刊，錨定打造表型組學(xué)國際頂尖期刊目標(biāo)，組建起包括中、美、德、英、澳、日、韓等25個國家36位頂尖科學(xué)家的國際化編委會。

　　研究院副院長、期刊執(zhí)行主編丁琛說：“期刊承載著前沿創(chuàng)新策源與國際科技協(xié)同的重大使命，是中國為人類表型組國際大科學(xué)計劃打造的重要國際公共產(chǎn)品與學(xué)術(shù)平臺?！?/p>

　　包括期刊在內(nèi)，在復(fù)旦大學(xué)人類表型組研究院等科研機構(gòu)的努力下，中國已為人類表型組國際大科學(xué)計劃打造四大科技公共產(chǎn)品。另外3項是：人類表型組系列國際國內(nèi)高端學(xué)術(shù)大會、國際人類表型組標(biāo)準(zhǔn)化創(chuàng)新中心和生命健康科技智庫。

　　與此同時，中國科學(xué)界引領(lǐng)兩大協(xié)作組達成一系列國際科研共識與文件，包括明確人類表型組大科學(xué)計劃的主要目標(biāo)、技術(shù)路徑和優(yōu)先研究方向，發(fā)布《人類表型組相關(guān)測量框架性指南》，啟動全球已有的深度表型組隊列之間的協(xié)同比較研究，等等。

　　“人類表型組國際大科學(xué)計劃的推進實施，有助于上海打造長期支撐服務(wù)生物醫(yī)藥產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新引擎，進而建成具有全球影響力的科技創(chuàng)新中心，成為吸引全球優(yōu)秀科學(xué)家的人才蓄水池?！碧锩氛f，通過打造更多的標(biāo)志性戰(zhàn)略成果，高校在服務(wù)國家和區(qū)域戰(zhàn)略上，會發(fā)揮越來越關(guān)鍵的支撐作用。

　　研究院的墻壁上，鐫刻著人類科學(xué)先驅(qū)伽利略的名言：“測一切之可測，并使不可測變?yōu)榭蓽y?！?/p>

　　田梅輕敲鍵盤，一個球狀模型出現(xiàn)在屏幕上。那些紅黃藍綠色密密麻麻的小點，看起來，就像一個由無數(shù)繁星組成的小宇宙。

　　這就是人類文明首個表型組導(dǎo)航圖。生命的奧秘，在這些“小宇宙”間閃爍。

《中國教育報》2025年01月04日 第01版