“人工再造生命体”酵母基因组人工合成项目重大成果新闻发布会在深召开

2017年3月11日,深圳华大基因研究院、深圳国家基因库和天津大学在深圳共同举办酵母基因组人工合成项目(Sc2.0 Project)重大成果新闻发布会。深圳市委常委、常务副市长张虎,中国科学院院士、华大基因理事长杨焕明,华大基因研究院院长、深圳国家基因库执行主任徐讯,Science 杂志中国区负责人相艳,华大基因股份有限公司首席商务官王洪琦,深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥,清华大学研究员戴俊彪博士共同出席了本次新闻发布会。

杨焕明院士认为该项目重大成果的发布在生命科学史上具有里程碑式意义。首先,从认识自然到根据自然的规律重新设计自然,从基因组的阅读、解读到重新设计,即在基因组的编写上,此项目是人类认识自然的历史上的一个重大突破;其次,尽管酵母只是单细胞的生物,植物和人类的基因是多细胞的,但是目前生物产业最重要的是发酵产业,重新设计整个酵母将对整个发酵工业,包括遗传工程、药物、食物的生产都将产生深远影响。他强调,中国科学家在该项目中的突出贡献,再次彰显了中国科学家为科学发展和人类社会进步的重要作用,并特别感谢了深圳市委市政府对生命科学和生物技术、生物产业的支持和重视。

相艳女士代表美国Science 杂志向人工合成酵母专刊正式在Science 的纸质版和网络版发行表示祝贺,相信会对国际学术界特别是生命科学领域产生广泛而深远的影响,也期待基因组合成技术能够在其他生命体以及在其他领域的应用取得重大突破。

徐讯指出合成生物学是国家基因库构建的“三库两平台”中的“写”平台,目前已初具规模。人工酵母染色体的合成是此平台发展中的标志性成果和重要突破,为“基因组合成2020计划”重大目标的实现奠定了基础。随后,他宣布“基因组合成2020计划”将在2020年前完成四大突破,包括第一个人造动物--线虫、第一种人造植物--拟南芥、第一条人源21号染色体、万种人工噬菌体的合成。他表示希望通过此类重大基础性计划,进一步践行国家基因库“共享、共有、共为”的理念,通过“大联盟、大合作、大资源”推动大科学项目进展,持续保持深圳在生命科学领域的全球引领性地位。

张虎代表深圳市委市政府对参与该项目并喜获科技成绩的华大基因、天津大学、清华大学表示热烈祝贺。他说,深圳作为首个国家创新型城市,早在2008年就瞄准了“大科学、大数据、大产业、大健康”的定位,出台了专项规划和政策,加快培育生物产业、生命健康产业,大力发展基因测序、干细胞组织工程等。当前,深圳正着力推动创新经济的再升级,创新能力的再突破,加快建设国际科技、产业创新中心。张虎表示,深圳市委市政府将一如既往地营造良好的创新环境,推动生物技术和产业发展,更好地造福民众。

据了解,“酵母基因组人工合成项目”成立的初衷是实现人工合成真核生物酿酒酵母的全部16条染色体(一千四百万个碱基,大小约为人基因组的0.5%),即实现酵母的生命源代码的完全人工编写与合成。这个项目是继支原体基因组合成项目后,合成基因组学领域的又一重大标志性国际合作项目。该项目由美国发起,中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等国家的多个研究机构共同协作。2014年,实现了第一条染色体——3号染色体的全合成。如今,在国际团队的协作和努力下,再度完成了2号、5号、6号、10号和12号5条染色体的从头设计与全合成。

包括华大基因在内的中国的研究者在本次国际项目中发挥了举足轻重的作用。华大基因作为中国的代表团队之一,主导了2号染色体的从头设计与全合成(长770 Kb),目前也正在全力以赴与合作单位共同完成7号与13号染色体的任务。整个项目中,华大基因的贡献占中国工作量的54.7%,其开发的系列核心技术成为整个项目的关键基础。

Sc2.0 项目的实施,推动了整个领域的技术发展,也提升了大众对酵母和基因组的认知,让人们更加透彻地了解机体的生物学机制、生物学反应、对各种环境的适应性以及进化过程等,也对解决人类生存面临的能源短缺、环境污染等问题有重要意义。从科学理论上来看,人工设计与合成酵母基因组及其后续开展基因组快速演化研究,不仅可实现对酵母全基因组功能研究,而且通过基因组随机变化产生的酵母菌库,为研究酵母演化史提供了大量的素材。此外,酵母作为一种微生物与人类生活息息相关,人造酵母在生产药物、生物能源、食物、生物材料等领域都可以得到广泛应用,比如通过在酵母中加入合成青蒿素合成的相关基因可以实现青蒿素的大量生产。

未来,协作组将会继续完成剩余染色体的设计合成,然后将所有的人工设计合成的染色体放到同一个酵母细胞里面,实现基因组水平上完完全全的人造酵母。此外,还将会利用所设计的元件对人造酵母进行改造和筛选,进一步挖掘它的应用价值。

此次酵母基因组人工合成项目重大成果的发布,标志着中国的基因组设计合成能力达到了前所未有的高度。在该项目上的国际合作所取得的巨大成就,也将激励更多的中国学者积极地参与到大型国际合作项目中,勇攀科学高峰,为科学进步作贡献。

华大基因助力“24小时精准医疗”早日实现

2015年,华大基因与英特尔、阿里云宣布共同搭建亚太首个精准医疗开放云平台(即《精准医疗解决方案建议书》提到的融合精准医疗平台),三巨头的合作一直被业界视为基因领域的里程碑事件。近日,华大基因精心打造的生物云计算平台BGI Online写入英特尔精准医疗解决方案建议书,作为融合精准医疗平台的专用工具。

BGI Online一小步,精准医疗一大步

目前精准医疗从初步诊断到形成明确的治疗方案,整个步骤流程通常要花费几个星期或几个月的时间,使患者及其家人陷入焦虑茫然的困境。计算技术的革新才能大大缩短该过程所需的时间。

BGI Online是用户友好的一站式计算平台,性能卓越,具备安全性、协作性和可用性,可用于为不同地点的基因研究者提供软件和数据分享服务。“24小时完成1000例外显子测序数据分析”、“以云计算为基础,加快罕见病的研究步伐”这些写进建议书的案例,充分展现出BGI Online优秀的实战能力。此外,BGI Online还可为融合精准医疗平台提供多种分析工具,可执行并整合用户数据、公开数据,以及临床和影像数据,为解决精准医疗的复杂问题提供了一个整合的平台,加快了计算技术的革新。

无数一小步,成就一大步

作为生命科学领域顶尖机构,华大基因一直在精准医疗领域深耕不息。华大基因深谙测序技术对推动精准医疗发展的重要性,2013年,全资收购美国Complete Genomics公司,开发国产测序仪;2015-2016年相继推出了多款自主研发的测序系统,目前已具备量产测序仪的实力,助力精准医疗的发展。

看起来遥远的基因测序,其实与我们每个人的生活都息息相关。测序技术和大数据分析能力的发展使得精准医疗成为可能,为肿瘤、罕见病等疑难杂症的检测和治疗带去曙光。比如测序服务的最初应用之一——无创产前基因检测,有助于出生缺陷的防控。2016年3月,华大基因的NIFTY®成为全球首个用户数突破100万的无创产前基因检测。

此外,伴随着基因测序技术的进步和发展,基因测序的成本以超摩尔定律的速度下降,进一步推动精准医疗行业的发展。2016年12月底,华大基因的BGISEQ的人全基因组测序(Whole Genome Sequencing,WGS)产品隆重推出,宣告WGS价格真正进入百元美金时代。

2016年9月22日,由国家发展改革委员会、财政部、工业和信息化部、卫生和计划生育委员会四部委批复,华大基因组建和运营的深圳国家基因库(CNGB)正式启动运营。深圳国家基因库已经初步建成了“三库两平台”的功能和结构,包括生物资源样本库、生物信息数据库、生物活体库以及数字化平台、合成及编辑平台,实现对生物资源和信息的“存、读、写”,并促进基因组学在精准医疗、农业育种、海洋开发、微生物应用等方面的前沿探索与产业转化,催生新技术、新产品和新模式。

华大基因正在融合各界的力量,加速中国基因测序和精准医疗的发展。千里之行,始于足下。在无数“一小步”的探索中,华大基因朝着“24小时精准医疗”这一远大的理想不断向前迈进。

华大海洋平台探路“精准营养”

当人体摄入饱和脂肪酸在10%以下,单不饱和脂肪酸在70%以上,人体必需脂肪酸欧米伽-3与欧米伽-6的比例为1:4时,人类身体的机能就能处于“绝对健康”状态——这个被称为欧米伽健康理论的研究成果引起了人们对膳食结构的重新审视。

“为什么我们选择水产?因为华大基因关注中国人的健康状况,致力于调整和改善中国人的膳食结构,特别是蛋白质结构,并依托其在基因组研究方面的基础、平台和积累,开展水生生物基因组相关研究,培育更好、更放心的鱼,以最终实现基因科技造福人类。” 国家基因库主任、华大农业集团董事长梅永红说,中国人食用牛肉、猪肉等红肉较多,鱼肉等白肉较少,华大基因搭建“海洋平台”就是希望帮助大家改善膳食结构,助力“精准营养”。

科研大数据 建“精准”智库

今年1月21日,由中国水产科学研究院与华大海洋(原名华大水产)联合完成的中国水产生物“十百千”组学育种计划(十种基因组育种、百种基因组测序、千种转录组测序)白皮书在《中国科学》发表,公布一期项目涉及的20种基因组育种计划目标物种名录与111种基因组计划目标物种名录。

“十百千”计划只是华大基因投身水产研究的一朵小浪花。事实上,从科研起家的华大基因一直脚踏实地地专注着基础科研和应用科研,经过多年发展,已建成海洋生物基因组学重点实验室和海洋经济动物分子育种重点实验室,并于去年8月成立了华大海洋研究院,开展海洋生物基础研究、海洋生态保护、海洋种质资源保护与利用、创新育种、海洋药物与保健食品研发及工厂化养殖示范和深加工贸易等工作,进一步深化海洋和水产生物相关的科技研发和成果转化工作。

从2012年成立至今,华大海洋科研团队与国内外科研院所和企业广泛合作,参与完成了30多种重要经济水产动物的基因组测序与分析工作,占到全国总量的1/3;发表学术论文40余篇,出版专著6部;申请国家专利30余项,授权13项。仅2016年这一年,华大海洋科研团队就发表SCI学术论文26篇,申请专利15项,出版专著4部。去年年底,其科研团队参与破译了虎尾海马的全基因组,相关研究成果以封面文章的形式发表在国际顶级学术期刊Nature上。

“科研的最终目标是造福民众。” 作为资深水产、海洋领域专家,华大农业集团副总裁、华大海洋总经理徐军民比任何人都了解这些科研工作的意义和价值,“众多扎实而又极具价值的科学研究为转化应用和产业发展带来了强劲的源头活水与无穷的想象空间。科研大数据的积累将不断增值,为精准营养奠定基础。”徐军民说,海洋平台研究各种水产生物,破解它们的基因结构,找到食物、营养和健康的关系,就是为未来实现精准、个性化营养建立“智库”,探索方向。 据介绍,为了最大限度地挖掘大数据“金矿”,华大海洋平台建立了海洋生物活体库、长江流域种质资源数据库,并积极建设集活体展示中心、数据存储中心和样本保存中心于一体的水产大数据中心,打造科技引擎,推动海洋生物经济创新发展。

产业广落地 探“精准”路径

通过科研和大数据积累,更精确地掌握食物营养成分配比和结构后,便可以结合健康检测、数据跟踪等开发精准营养产品,提供精准营养服务,发展精准营养产业。只是,这个过程并不容易。从科研项目到产业落地不能一蹴而就,“提供优质蛋白质——改善人类蛋白质饮食结构——实现精准营养”是华大基因海洋产业发展的阶段化布局。

目前,华大基因已摸索出一条科研加模式带动产业发展的海洋生物经济创新发展新路径。华大海洋拥有十多家分支机构,广布海南、广东、广西、江苏、河南、香港以及老挝等地,覆盖我国的南海、东海等海域和长江、珠江、黄河等淡水流域;下设育种与种业、种质与大数据、水产品与精准营养、国内外贸易四大体系,将源头育种、生态养殖,与后端优质水产品深加工与进出口贸易有机结合在一起,在提供优质蛋白质领域初见成效。

华大海洋遍布各地的基地,各有特色,或擅长生态养殖,出产高品质水产品;或创新模式,承担产业孵化示范重任;或走出国门,实现技术输出和优质资源引进。这些尝试和积累,无疑为未来的精准营养事业发展奠定了坚实的基础。

比如环境优美的镇江基地,充分利用优良的江水资源,模拟野生放养环境,生态养殖纯种淡水鱼、江蟹、中华鳖等水产品,为市场提供优质的绿色生态产品;承担《石斑鱼优质新品种的工业循环水养殖示范》项目的深圳坝光基地,其高大上的工厂化循环水养殖系统可以通过水温调控、水质过滤杀菌、蛋白分离、循环利用和远程在线监测等多种技术手段,使养殖水产品处于一个相对可控的生态环境中,实现海水优质养殖品种石斑鱼的高密度健康养殖。这套系统不仅可以使石斑鱼养殖摆脱恶劣天气等自然因素的束缚,还能最大程度地节约用水,对环境产生极小的影响,也是精准扶贫的新模式;罗非鱼国家级良种场海南基地,占地300余亩,年产罗非鱼苗2亿余尾;走出国门的老挝基地,与老挝国防部签订协议共建水产养殖繁育试验研究中心,将成熟的科研成果、高新技术和先进理念引入老挝,带动老挝渔业产业和海洋产业升级。据了解,华大海洋还与澳大利亚签订协议,计划合作开展金枪鱼分子育种和产业精深加工等方面的合作。

瞄准“精准营养”,华大基因用最前沿的基因科技为产业发展做支撑,同时脚踏实地、一步一个脚印地分阶段推进产业落地。虽然路很漫长,但目标与希望一直都在前方。