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人民日報:北大7位學者歷時7年刷新DNA測序精度

時間:2017-12-25 16:37:25 瀏覽:

人民日報:北大7位學者歷時7年刷新DNA測序精度

來源: 人民日報/趙婀娜 宋子節 楊倚天 


                                    
圖片來源:北京大學

 

這一創新成果極大推動了我國生命科學與醫學的研究發展,同時今后有望為嬰兒基因突變檢測、循環腫瘤DNA等測序臨床醫學應用的進一步發展提供更好的工具。

這個研究團隊,包括北京大學教授謝曉亮、黃巖誼,博士后陳子天,博士研究生周文雄、喬朔、康力以及副研究員段海峰。7位成員分別來自化學、物理、生物等不同學科背景。

發明了糾錯編碼測序法,大幅提升了基因序列測定的精度

眾所周知,生命之所以能夠代代相傳、生生不息,奧秘在于承載遺傳信息的DNA。人的基因組含有多達30億對堿基對,理論上有無窮的排列組合。而DNA的序列測定是進一步研究和改造目的基因的基礎,在生物學、醫學等領域意義重大。因此在科學家解讀遺傳密碼時,測序技術是強有力的解碼工具。

以前,中國的DNA測序技術在世界上處于第二梯隊,前沿科技仍被美國公司和科研機構壟斷。中國的數千家測序服務公司只能斥巨資引進國外測序儀,并不具備在技術源頭的解決方案,更沒有自己的測序儀。

就像需要自己的飛機一樣,中國也需要自己的測序儀。如果一味借用別人的技術,將永遠沒有機會領先。正是出于這種想法,黃巖誼帶領的課題組利用7年時間,發明了糾錯編碼(ECC)測序法,自此,我國基因測序技術擁有了獨立自主的核心技術與知識產權。

如同古埃及羅塞塔石碑一樣,碑上分別用古希臘文字、古埃及象形文字和當時的通俗體文字刻了同樣的內容,近代的考古學家對照3種語言版本內容,解讀出古埃及象形文字。ECC測序方法同樣利用3種不同方式檢測同一序列,通過創建3個正交簡并序列,將信息冗余和測序過程結合,發現和糾正測序中產生的錯誤,從而大幅提升基因測序精度。

以基礎研究促進新技術發展,從根本上推動應用

隨著產業的不斷發展壯大,競爭將越來越集中于上游技術源頭。此次ECC測序方法的發現,正是從源頭把握住DNA測序方法,打破其他國家商業壟斷的鉗制,掌握核心知識產權。黃巖誼介紹。這是非常重要的原創文章,不是那種快速論文。謝曉亮表示,ECC測序方法將把下一代測序儀的精度大幅提升。

從中國制造向中國智造邁進,現代農業通過篩選優良基因進行育種、現代醫學通過DNA測序進行疾病監測與預防……DNA測序研究成果不僅促進中國生命科學研究的發展,也能夠為世界提供中國智慧。雖然目前在一些領域我國依舊是跟跑階段,但是相信我們有潛力在未來成為領跑者。黃巖誼說。

ECC測序法研究成果屬于基礎前沿研究,是引領其他學科研究發展的原始創新與先導。我們從基礎科學出發推動新的技術發展,才能從根本上推動應用。如同只會造車,沒有高度過硬的核心發動機驅動也不行。黃巖誼介紹。

7年的時間做一項研究,經歷了科研難關、經費緊張、工作停頓、人員不穩定等諸多問題。很多時候不能直接感覺到關鍵突破口在哪里,需要不斷摸索。很多已有知識不能直接應用,需要融會貫通。黃巖誼介紹。論文發表當然很開心,但更重要的是科學研究自身的價值,和探索過程中的成就感。這是課題組成員的共同感受。

論文沒有秘密,希望與全球的科學家共享進步

科學研究的美在于真理往往以同一本質的不同面目貫穿于諸多學科之間。這也使得研究需要集合多方知識進行探索。

測序技術的開發就涉及化學、生物醫學、計算機、微電子學、光學、材料科學和精密加工等多學科技術。

如果沒有近年陸續成立的北京大學前沿交叉學科研究院和包括團隊成員所在的生物動態光學成像中心等諸多跨學科研究中心,像ECC測序方法這樣的需調動多方資源的復雜工程就很難組隊。黃巖誼表示,將不同研究領域、研究背景的老師和學生聚集在一起,共同推動科研發展,這才使得此次研究能夠融合多方智慧,最終獲得成功。

承擔了關鍵的數學推導、算法優化以及編程實現的團隊主要成員、北京大學生命科學學院生物物理學專業博士生周文雄表示,關鍵算法的誕生是來自一次偶然的課堂實踐。美國國家科學院院士邁克爾·沃特曼教授的研究理論在70年代的生物信息學研究領域影響深遠,我幸運地在一次課堂活動中獲得了與他訪談的機會。一天晚上做完實驗回家的路上,我突然發現這一理論為課題提供了算法計算的靈感。

當然,一切大膽猜想都需要細致嚴謹的印證。在黃巖誼看來,研究成果體現了基礎工作抽象原理的突破和工匠精神的完美結合。不僅要想得好,而且要做得好。用更好的技術,做更好的科學。

研究過程中,搭建寬松的科研平臺,提供優質資源,學生得以不斷成長進步,這一點使黃巖誼備感欣慰,我國基礎研究發展的關鍵還是要培養創新人才,因為我們不僅要掌握造儀器的技術,還要培養一批能夠發明新儀器的年輕的尖端科學家。

我從做物理化學實驗,一直到做分子生物學、光學實驗,從研究儀器、流體控制,最后到研究計算機算法。回想起來,真是什么都學到了。論文的第一作者、研究的主要推動者陳子天博士表示,他最初加入課題組時還是北大化學系本科生,做著做著讀完了工學院博士,現在是生命科學學院的博士后。

ECC測序研究工作從啟動到發表,歷時7年,其中經歷種種挑戰與考驗,但做出精品的過程是美的。最初也沒想到會有這么艱難,但是慢慢就發現有趣的地方在哪兒了。這篇論文沒有秘密,希望我們所有的理解、發現、進步,都能與全世界的科學家共享。黃巖誼說。

 

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