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探秘“生命银行”——国家基因库
来源: 查字典生物网| 2016-12-10 发表| 教学分类:生物资讯

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精准医学,是将以基因组为代表的分子水平的相关研究成果在临床医学上实现应用。这也是目前世界各国关注人类健康的重要研究和发展方向之一。

11月16日,健康周刊第5版刊发了《全国政协“重视特殊教育”双周协商座谈会专家尹烨发言追踪——我国基因科技步入领跑时代》一文,被百余家网站转载。为深度剖析我国基因科技的发展状况,促进基因科技在人类健康事业中服务作用的发挥,在上文报道的基础上,本刊进一步推出“我国基因科技步入领跑时代”系列报道,自本周开始连续推出。

一直作为岩洞壁画主题的猛犸象,5000年前已经在地球上灭绝。现在,在西伯利亚的永冻层里埋藏着保存极好的猛犸象遗骸,如果能从这些冰冻的猛犸象遗骸中获得完整且保持原有活性的DNA,同时找到匹配的卵细胞和合适的代孕“妈妈”,科学家们复活猛犸象的愿望很可能将变为现实。

为什么灭绝物种的胚胎能够被恢复呢?这是因为,在冰川环境中,猛犸象的细胞得以完整地保存。而这冰川,和今天国家基因库保存生物样本的其中一种方式———冷冻环境很类似。

“ 生命银行”存贮了多种生物样本

作为服务于国家战略的国家级公益性创新科研及产业基础设施建设项目,国家基因库对生物样本的保存有多种方式,包括冷藏、冰箱冷冻、液氮存储等,不同的样本根据属性不同选择不同的“居住场所”。比如,动植物标本、石蜡切片等在常温下保存即可;唾液、脱落细胞则需要保存于4摄氏度环境中;干血片、种子、DNA(中短期保存)需在-20摄氏度环境中保存;微生物、血浆/清、蛋白、DNA、RNA等保存温度要达到-80摄氏度。保存温度最苛刻的是细胞和组织,需要-200摄氏度的液氮或气相液氮环境。

因为国家基因库存储着诸多生物样本,又被国家基因库主任梅永红称为“生命银行”。

虽然被称为银行,但在梅永红看来,基因库作为“国库”却比银行的金库要宝贵得多。“这是因为,在农业经济时代一个人或者一个国家拥有更多的耕地,就意味着拥有了优势;在工业经济时代拥有更多的能源,比如石油、天然气以及一些其他矿产等,也具备了相应的优势;但是在生命经济时代,拥有更多的基因资源,同时对这些基因资源进行认知和利用,才在这个新时代拥有了发展优势。”梅永红说。

据梅永红介绍,“三库两平台”是我国国家基因库的主要功能。三库,即生物信息数据库、生物样本资源库、生物活体库,两平台即数字化平台、合成与基因编辑平台。其中,三库主要是用于样本的搜集和存储,两平台的建设,则最终是为了解决生命数据的“存、读、懂、写、用”5个作用。

据了解,虽然我国国家基因库的建设晚于发达国家,但它相当于国外多个样本库和基因库的集合。“目前国际上公认已经成型的3大基因库(分别是美国的NCBI、日本的DDBJ、欧洲的EBI),主要功能是承载生物学研究产生出来的数据,特别是跟序列相关的核酸信息数据。而我国的国家基因库,不仅拥有数据库,还拥有真正的样本库以及活体库,比如生物多样性原地保护的植物园、动物园、细胞库以及菌种保存中心等,是目前全球最大的综合性基因库。”梅永红告诉记者。

生物样本库是精准医学的物质基础

目前,在世界范围内,对基因资源认知和利用的一个重要体现,是精准医学的开展。我国,也是开展精准医学的国家之一。

“精准医学,实际上是把自上世纪开始的,以基因组为代表的分子水平的最新研究信息,用于解决临床医学当中的问题。”国家基因库科学委员会委员、中国科学院院士陈润生告诉记者,在过去20余年间,世界各国的科学家对人类遗传密码进行研究,取得了大量分子水平的研究成果。这些研究结果发现,很多基因的变化直接跟疾病有关,特别是那些单基因病。

“单基因病就是一个基因的密码改变所引发的疾病。另外,众所周知的是,罕见病不仅诊断难度大,治疗效果也往往不甚理想,其实很多罕见病也是由于基因变异这类遗传因素引起的。因而如果能够把基因相关的研究成果应用到临床当中来,一定能够提高上述疾病临床诊断的准确度,也会提高这些疾病治疗的效率。这也是目前世界各国开展精准医学的原因。”陈润生表示。

而要在临床当中应用这些研究成果,首先需要搜集、了解这些疾病信息,并在此基础上总结出规律。“科学研究只有发现并总结群体变化的规律,才能推广研究成果。比如出生缺陷,现在通过基因筛查的办法,已经可以明确多种类型缺陷儿的致病基因。而这个明确致病基因的过程,需要科学家们搜集众多的样本,没有样本就不能进行研究,不能进行研究就不能发现规律,当然也就不能很好地应用研究成果。”陈润生说。

“我国人口众多,疾病的样本也多。为了使得各种样本、各种疾病都能够进行研究,我们就需要建立一个非常大的生物样本库,这也是我国国家基因库建设的重要目的之一。也就是说,样本库直接跟疾病的研究相关,其是进行各种基因研究包括多种组学研究,并把这些研究成果转化到临床应用的物质基础。为了能够发现更多的基因信息,我们希望这个生物样本库能够越来越丰富。”陈润生强调。

数据库共享机制还有待完善

“实际上,生物样本库除了搜集样本之外,还有保存任务。保存之后,还要进行样本的处理如制备、提取、测试等,然后将最终结果数据化以提供给社会使用。因为生命资源属于国家,基因研究的相关成果最终也是为全民服务,因而国家基因库也是兼具国家性、全民性和公益性的机构。”陈润生介绍。

在陈润生看来,我们的社会发展已经进入到大数据和组学时代,这其中生物样本库和生物数据库是这个领域基础的基础,对人类的生命健康服务具有根本的基础性意义。

“不过,样本库和数据库是两个完全不同的领域,也是两份不同的基础资源,一份是‘湿’的资源,一份是‘干’的资源,二者相辅相成,互相关联。有了样本库才能得到数据,数据库又是为了总结样本库的成果而建立的。因此,我们除了需要国家级的生物样本库,还需要与之平行的、面向全民的、国家级的、公益性的生物数据库。”陈润生说。

这是因为,相比于国家级生物样本库的建立,我国对生命资源的研究要早了大概20年。在这近20年的时间里,我国科学家在蛋白质、遗传学等诸多领域已经取得了众多研究成果,这些成果的研究数据完全可以直接被收入生物数据库中,实现全民共享。

“因这些研究成果分别由不同的科学家研究获得,这就需要国家在体制机制上保障生物数据库的公益属性才能实现全民共享,这也是适应大数据时代发展的必然选择。”陈润生认为,不能在大数据时代做小数据的事情,实现既有研究数据的共享,除可以加速研究成果的应用推广,还能够避免重复研究,这样才能在我国以创新驱动为发展理念构建科技强国的过程中,最大化地实现科研成果的社会化意义。

陈润生认为,从某种意义上来说,数据库所提供的服务往往较样本库更直接,因为其提供的是测量之后已经加工好的数据。这些数据如果做好挖掘,会更便于临床医学的使用。

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