由中国科学家主导的国际大科学计划:给2万余蛋白质贴“二维码”

由中国科学家主导的国际大科学计划:给2万余蛋白质贴“二维码”飞入寻常百姓家
来源:新民晚报   作者:郜阳   2019-11-18 18:42:16

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来源/东方IC

在“后基因组时代”,科学家们发现了许多生命活动与疾病治疗的“秘密”。不过,要想从根本上阐释生命,就必须找到一种方法,能跟踪、观测生命体活动中真实状态的蛋白质。“我们要为与人体生命活动密切相关的2万余种蛋白质贴上‘二维码’标签,编撰一本生命科学领域的《辞海》。”中国科学院分子细胞科学卓越创新中心(生物化学与细胞生物学研究所)研究员李劲松说。而他口中的这本“辞海”已初具雏形——由中国科学家主导的基因组标签计划(GTP)进展顺利,已给600余个蛋白质加上标签并建立细胞系。“我们欢迎全球志同道合的科学家加入我们,在5年时间标完2.2万余个蛋白,再用5年时间培养5000只携带标签的小鼠。”

“中国技术”摸索蛋白质研究新路

“研究蛋白质需要抗体去识别。”李劲松解释。然而,抗体的制备并不简单,给科学研究带来很多不便。本世纪初,科学家们尝试在基因中插入一段用于标签的多肽序列。当蛋白质被产生时,自动带上了这块“二维码”,就像只需手机“扫一扫”一样,科学家只需准备一种或几种抗体即可识别“标签”蛋白质。

在单细胞生物酵母中,这种方法成功了;在线虫、果蝇等模式动物中也行之有效。可哺乳动物成了这种方法的“拦路虎”。“科学家们曾尝试用CRISPR-Cas9将‘标签’基因插入到对应的基因中,可也在生殖过程中带来了新问题。”李劲松介绍。2012年,他和研究团队发展了“人造精子细胞”技术,可以低成本、高效率、大规模地生产带有“二维码”的小鼠。

利用这种技术,可以用一个精子细胞繁殖出成百上千只遗传背景一模一样的实验小鼠。“我们只需用基因编辑技术,生产出带有准确蛋白质标签的精子细胞,就可以在需要时,繁殖出带有特定蛋白质标签的小鼠。”李劲松表示,“科学家可以直接跟踪这些带上标签的蛋白质,观察它们在生命活动中的表现。”

“中国计划”引领蛋白质研究未来

在李劲松看来,此前的蛋白质研究还停留在“盲人摸象”的阶段,而“基因组标签计划”的开展能将之带入“精准导航”的时代。“人类基因组计划花费了30亿美元,测出了30亿个碱基对。我相信我们能用5到10年时间,为蛋白质研究带来革命性的变化。”李劲松很有信心。

两年前,李劲松在一次研讨会上首次提出了GTP项目设想。两个月不到的时间,他所在的中科院分子细胞科学卓越创新中心(生化与细胞所)就通过中国科学院先导计划B项目,拨给他200万元经费,以便他立即着手探索。当年10月,上海市科委为该项目启动了“科技创新行动计划”,支持经费2000万元。12月,分子细胞中心GTP研究中心成立。

如今,GTP网站已对外开放,全球科学家都可查询或定制自己需要的标签细胞或小鼠。“每个蛋白各不相同,标签放在哪里很关键。我们要利用技术体系的优势,在体外实验中摸索。”李劲松告诉记者,“现在添加的标签蛋白质还不够小,也不够灵敏,这些都是未来我们需要突破的地方。”

在他心中,最核心的关键还是构建平台,产生标准的、尽可能大的标签文库,然而光靠一个实验室显然力有不逮。他希望培训更多技术人员,启动由我国科学家主导的“基因组标签”国际大科学计划,为更多蛋白质贴上“二维码”。“大规模的标签蛋白质细胞库和小鼠库建成后,影响会很大。”他憧憬道,“科学家们就能绘制全基因组蛋白质动态网络图谱,探寻蛋白质如何调控生命活动。”

新民晚报记者 郜阳    

编辑:陆佳慧

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