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首页 > 同行 > 2022年03月刊 > 聚焦 > 刘龙奇 | 518 框架下的大科学工程思考

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刘龙奇 | 518 框架下的大科学工程思考作者:

汪老师提出的 518,不仅代表着生命科学从基础科学、技术突破到产业发展的核心方向,更是一种彻底的创新科学范式。作为从体制内加入到华大的科研工作者,我深刻感受到这种全新的科学范式对于传统科学研究手段的冲击,深刻感受到生命科学时代的到来。对于生命科学这个相对年轻的学科来说,如果说人类基因组计划是一次超前的尝试,那今天以大科学工程为主导的创新科技范式应该成为科学界的主流。

生命科学为什么需要大科学工程?

大科学工程是人类开拓知识前沿、探索未知世界和解决重大全球性问题的重要手段,也是一个国家综合实力和科技创新竞争力的重要体现。目前,美国、日本、欧洲等国家和地区均通过全球联盟的形式,发起了一系列大科学计划,为推动基础研究、技术进步,催生新产业起到了重要作用。

20世纪分子生物学的快速发展催生了测序技术的发明,在 20 世纪末举多国之力启动的人类基因组计划,以及随后开展的千人基因组、大规模动植物基因组测序、人类细胞图谱等一系列大科学计划,到今天已经被证明是十分成功的,它们的成功表现在以下几点:

1)完成了人类基因组 30 亿碱基序列这部浩瀚的天书,推动了人类基因组天书的系统解析;

2)倒逼工具快速进步、迭代和成本的快速下降,如多组学技术、单细胞和时空组学技术的出现和快速发展;

3)以多组学为基础的科学研究遍布生命科学和医学各个领域,推动了各个领域科学研究的快速发展;

4)基因组的大规模“读”推动了诊断技术的发展,同时推动了基因组合成、基因编辑新工具、细胞治疗等产业的发展,催生了精准医学这个快速发展中的新科学;

5)培养了大量的具有生命科学、生物信息学、数学、物理、化学、计算机等多学科交叉领域的人才。因此,大科学工程不仅仅是一个项目,而是国家战略,带来的是从科研、技术、产业到人才的全面突破。

518 把“先利其器”放在首位,因为只有工具的突破以及完全的自主可控才可能实现“生老病死”“生命起源”“意识起源”“万物生长”的大规模研究。目前,基因组学一系列工具的突破,带来了生命“读”的快速发展,催生了生命大数据的时代。然而,生命数据是如此庞大,目前我们积累的数据以及我们对生命的认识还在初级阶段。真正实现全面读懂生命并推动产业应用,还需要一系列由战略科学家主导的,通过全球协作方式推动的,有明确目标、高效组织、技术平台、资金支持的大科学工程项目来实现。

中国为什么需要启动系列生命科学大科学工程?

中国的基础科学研究起步相对较晚,生命科学领域的基础研究基本在近 20 年来才开始出现快速发展,主要人才都来自欧美、日本等发达国家培养后引进。近 20 年来科学研究发展虽能看到进步,但依然存在很多不足。

新冠之下,国际形势日益紧张,中美之间的较量本质上是科技力量的较量。中国应该探索全新的模式。以战略目标导向的,以全新创新科技范式引导的,以全球团队协同作战为主要方式的一系列大科学工程,以及大科学工程倒逼下的科学创新应该成为中国在科技上赶超欧、美、日的主要方式,这也与中国共产党领导下的国家体制优势相呼应,新冠防控上的高效有序的实践更验证中国在大团队组织方面的优势。

华大在大科学工程方面的基础和领先优势

在全球范围内,华大是一家极特殊的机构,在“基因科技造福人类”的目标导向下,自参加人类基因组计划以来,在基础科研、工具创新到产业发展的实践中,逐渐形成了自己的发展范式。时间已经充分证明了这条路是成功的。对于任何一位科学家或决策者来说,华大都是一个值得研究和思考的机构。华大的特点和优势体现在很多方面:

1)有明确和正确的目标导向,“基因科技造福人类”是科学和产业发展的必然,符合世界人民和国家的意志;

2)有明确目标导向下的分解:“读”“写”“存”“生,这些方向全面包括了从基因组、工具研发到人类健康应用的各个方面,这些方向相互独立又彼此协同;

3)有不同团队 / 部门协同作战,在发展的过程中形成了基础研发(华大研究院)、工具智造(华大智造)、医学应用(华大股份)在内的一系列子机构,像一辆战车的各个部件,任何方向都不可或缺,组合在一起便战无不胜;

4)形成了从科研到产业的全新范式,“搂草—打兔子—养熊猫”是一套创新的范式,工具创新和科学创新带来的产业转化,推动了与政府发令以及与医疗机构协同的民生发展,民生大数据反过来进一步推动和倒逼科学创新,其中又能诞生新的产业方向;

5)形成了从科研到产业的全球协作网络,华大自始至终都是开放的,像一家大剧院,我们有自己的艺术家(科学家),同时也吸引了全球顶级的艺术家(科学家)前来表演,这种模式使得这个舞台持续发光(科技创新);

6)培养了一批从科研到产业的人才和团队,华大培养的很多人才都是从科学 / 技术 / 产业项目中磨炼培养出来的综合型人才,能看清楚领域的发展方向,善于协同,能指挥大团队并高效地完成任务。

值得注意的是,以上特点都是华大在不断实践中,根据实际需求不断摸索出来的。不断随时空演进的发展范式一直在“基因科技造福人类”的大目标导向下。

大科学项目是一个系统工程,科学之外的影响会越来越大。小科学项目的成功,首先取决于科学家。而大科学工程的成功,首先取决于管理者,其次是资助者和研究同行。华大是一个全面的系统,具备强大的工程化能力,在推动大科学项目上具有天然优势。

518 框架下的大科学工程,华大该做什么?

当前,我们在时空组学、大规模单细胞组学、超高通量超低成本的测序上的领先优势,以及我们在基础科学上的持续影响力和工程化能力,是全球其他生命科学机构难以比拟的。过去我们启动的大科学项目更多是通过参与或合作,今天我们完全有能力代表中国主导发起全球范围的大科学工程,并支撑更多大科学工程项目。目前,启动时空组学大科学工程的时机已经成熟。当前我们应该如何做?提出以下几点思考。

1)发起时空组学联盟。我们的时空组学大科学项目应该以联盟的形式,持续地吸引一批而不是一个项目,如人类时空组、脑时空组、发育时空组、疾病时空组等。这其中华大可以主导几个项目(如人类时空组、人脑时空组),共同主导多个项目(如发育时空组、猴脑计划、鼠脑计划、免疫时空组),这需要一套完善的、可复制的、工程化的机制。

2)推动政府发令和背书。大科学计划和大科学工程是2018 年由国务院印发的国家战略性规划。深圳市政府已经将我们提出的“生命时空组学大科学计划”列入未来 10 年的规划中。我们今年将进一步联合深圳市政府正式启动该计划,发出声音,以此推动上级政府及国际间政府项目的支持。

3)加入国内外已有的大科学计划。快速联合全球科学家最好的方式是依托我们的工具平台,快速加入国内外大科学计划。联合这些项目中具有领导地位的科学家,可以实现快速切入。

4)加快工具的全球布局。工具是大科学工程的基础,当前我们应该快速推动工具走出去,在全球范围内,以科研合作或者商业项目的形式,全面布局我们的平台,让我们的工具持续不断产出数据。同时,发动我们 9 大战区的团队,形成有力的平台支撑,高效管理好各区域项目。

5)加快样本自动化处理和样本库建设。大科学项目下的样本管理和处理需要尽可能标准化。我们应该协同研究院、国家基因库、华大智造以及外部机构共同推动样本资源库建设。同时,推动样本处理方面相关自动化设备的快速研发和落地。

6)加快解决数据存储和计算问题。大数据是机会,也是摆在我们面前的巨大挑战。时空单细胞数据正呈现指数级增长,我们仅仅通过购买存储是难以持续的。应该加快相关跨学科团队合作,共同推动解决存储和计算问题。同时,联合全球顶级科学家团队,共同解决时空单细胞大数据下的算法算力问题。

7)加快人才梯队建设。我们一方面需要持续引进和培养具备国际化视野和交流能力的人才,另一方面需要用好合作伙伴的人才资源。在过去 1 年时空专辑的实践过程中,我们感受到聘任合作伙伴作为顾问,双边团队共同推进是一个很好的方式。此外,在项目实践过程中,从合作伙伴团队中争取更多的人才加入项目,与合作伙伴共同培养人才也是一种高效的人才机制。

相信 518 创新科技范式在大科学工程上的全面应用,将进一步推动生命科学各个领域的全面发展和繁荣,进而倒逼我们的工具创新和基础科研突破,推动包括临床数字化病理和脑科学和类脑智能在内的全新的产业方向,并将为中国和世界培养一批优秀的人才。


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