[拉薩這四天天氣預報]沃爾夫農業獎得主哈里斯李文:努力破譯地球上所有真核生物基因組

時間:2019-10-30 15:12:01 作者:admin 熱度:99℃
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10月30日消息,今天,在第二屆世界頂尖科學家論壇“未來國際大科學論壇”上,2011年沃爾夫農業獎得主哈里斯李文發表了關于大科學項目:地球生物基因組計劃(EBP)相關主題的演講。

哈里斯李文認為,地球生物基因組計劃有可能會改善我們的世界,能創造一個更加可持續的生態經濟,

就像不知道宇宙有多少個星星一樣。在地球上我們也不知道到底有多少種真核生物,估計大概有1200-1500萬種真核生物,據哈里斯李文介紹,科學家只了解總數10%左右。

通過基因組技術的發展,我們如何來對剩下超過99%的真核生物進行測序,從而進一步了解它們呢?

從2015年開始,一些國際科學家便一起合作開始探索這個問題。經過三年探討之后,哈里斯李文和其他科學家共同出了一份白皮書,詳細描述了這個項目的挑戰、目標以及范圍,以及最后想要獲取什么樣的結果。

2018年,EBP項目順利啟動,目標是破譯地球上所有真核生物的基因組。哈里斯李文表示,這個項目大概需要耗資47億美元,Wellcome Sanger研究所承諾在五年期內投資超過5000萬歐元,最主要的目標是希望測序英國已知的6萬物種。

他希望這個項目能夠修正重塑人類對于生物進化的理解,去探索幫助保護生物多樣性,應用于農業創造更多的糧食,應用于新醫藥等。

第二屆世界頂尖科學家論壇由世界頂尖科學家協會發起,上海市人民政府主辦,中國科學技術協會指導。共設置了8大主題峰會,65位諾貝爾獎、沃爾夫獎、拉斯克獎、圖靈獎、菲爾茲獎、麥克阿瑟天才獎等全球頂尖科學獎項得主、100余位中國兩院院士、世界優秀青年科學家共同出席,深度對話。圍繞宇宙、空間、航天、光子、氣候、能源、生命、基因等將改變人類命運的話題,打造人工智能算力算法、腦科學與神經退行性疾病、創新藥研發與轉化醫學、生命科學、碳氫鍵與新化學、新能源與新材料、黑洞與空天科技、經濟與金融等主題峰會。

以下為演講全文:

各位早上好,我要感謝WLA以及上海的主辦方,以及主辦方的邀請讓我參加這次非常獨特的會議,能夠跟世界頂尖科學家們見面,真的是非常棒的機會讓我們來交換彼此的想法與意見。

我跟大家介紹的是地球生物基因組計劃,這個計劃有可能會改善我們的世界,也有可能幫助我們創造一個更加可持續的生態經濟,這個是我們所面臨的問題。如今我們預計,我們當然不知道具體的數字,就像不知道宇宙有多少個星星一樣。在地球上我們其實也不知道到底有多少種真核生物,但是估計大概有1200-1500萬種真核生物,這些真核生物是最主要的兩個生物領域。

其他兩種也有其他的科學家獲得了沃爾夫獎,通過圖譜的方式分隔三種生物,真核生物有五大王國,現在我們對它的了解越來越多,而且還有非常多的真菌、酵母以及很多動植物種類,包括人類。在我們預計1200-1500萬的真核生物當中,只有大概10%是有描述的,有科學家已經發現了認識的。在300年的生物學演進之后,我們只有10%關于真核生物的知識,這樣的比例加上所有DNA測序的技術,包括剛才嘉賓講到的技術加總起來,再加上人類基因組計劃大量的投資,不到0.3%的真核生物我們進行了基因組測序。大概是4000種,這個規模其實也已經非常大了,我們現在所知道的基因組層面的真核生物的知識,只占到整個真核生物總量的不到0.3%。

我們希望提出一個問題讓大家來思考,就是通過基因組技術的發展,我們如何來對剩下超過99%的真核生物進行測序,進一步了解它們?在2015年,一些國際科學家一起合作開始探索這個問題,我們可不可能?我們希不希望實現這樣的項目?我們希望從真核生物的基因測序當中學到什么?很多科學家參與進來。我們在三年探討之后,我們出了一份白皮書,描述了我們的挑戰、目標以及范圍,我們想要獲取什么樣的結果。

這是出版在PNAS上的白皮書,這是非常大的挑戰,就像第一次登月一樣。美國第一次載人登月計劃其實有一個時間的界限,因此我們希望來預計一下在10年期能不能給所有真核生物做所有基因組測序?我們不只是為了造福于醫療健康,我們更希望了解地球的生態系統,以及地球上生物的未來,因此我們的愿景就是希望創造一個生物生命數據庫,我們希望能夠對150萬真核生物進行測序,這樣一來可以奠定一個基礎,創造基礎設施為未來的解決方案奠定基礎。我們希望可以做出自己的貢獻,來幫助保護生物多樣性以及實現人類社會的可持續發展,以及有一個更加可持續的全球生態經濟。

我們有一個三階段的路線圖,第一個階段就是要測試有代表性的物種,大概有9千多種代表生物,在此之后我們再測試2000多種其他的種類,最終是要實現150萬種,我們會搜集樣本,進行測序分析、標注,來達成我們事先設定科學研究的目標,我們也會做一個預算,大概想一下這個項目會花多少錢。感覺會很昂貴,其實我想說服大家的是,這樣的項目如果全球一起合作,如果有好的合作并不會特別貴,我們預計十年前期會大概花費47億美金,這是全球的一切的成本,這包括搜集樣本,還有測序,其實搜集樣本才是最困難的部分。接下來就是測序、分類、分析等等。

我們如果對比一下人類基因組計劃,這是90年代的計劃,當時花了30年來完成,那個時候花了30億美金做測序,只是測序再加上各類投資,如果我們按2017年的美金來算,是145億的成本。如果我們要測序所有的真核生物,其實是比過去人類基因組計劃的成本要低的。

再看一下投資回報率,根據一個美國公司Battelle2013年所做的預測,大概會有65:1的投資回報率,為美國經濟可以貢獻一萬億美金。我們認為對于地球生物基因組計劃來說,它的投資回報率會比人類基因組計劃要多得多的,為什么我們會這樣認為?待會兒我和大家詳細講。

當然在生物學里面并沒有太多大型登月計劃,如果我們要跟其他大型計劃對比一下的話,(英)他們的預算每年至少10億美金,花了132億才開始識別出(英)。可能我們會跟一些同事之間存在爭議,但是我認為對于人類,對于社會的價值來說,我們的項目會比(英)的發現會更加的多,更加的大。

我們的組織是一個國際性的聯合網絡的網絡,現在我們有29家機構覆蓋15個國家,一共24個附屬項目來覆蓋所有的真核生物,有超過100位首席科學家參與進來,我們認為在未來幾年應該會成為參與科學家人數最多的項目。各個機構也有自己的代表,每一個附屬項目他們都成為國際科學家協會的一部分,我們的協同委員會最主要的工作就是開發標準,因為在不同項目之間沒有共同標準,最開始的時候我們就像一個巴別塔一樣,我們必須要有收集元素去測序等等的標準,包括分析的標準。如果沒有這些標準,最終數據結果沒有辦法對比,所有參與方都承諾最終的成果將會開放獲取,做成OA原則,而且會符合《生物多樣性公約》和《關于獲取與和分享利益的名古屋議定書》(ABS),一旦參與了我們的項目就要同意這一系列的規則。

我們的官方啟動大概是一年之前,在倫敦的惠康基金會宣布在11月1日,Wellcome Sanger研究所他們承諾在五年期投資超過5000萬歐元,這是非常大的一筆投入,最主要的目標就是希望把英國已知的6萬物種進行測序。我們看到全世界都有類似的模式,每一個國家都想測序自己國家的物種,同時也對于其他國家的物種有興趣。

目前先從自己國家的物種開始,包括一些中國的伙伴,我們在中國有超過4個項目相關,各方的投資超過1億美金,華大基因他們是要測一萬物種,中國科學院要測一萬種魚類。當然啟動項目也需要一些時間,我們不想要低質量的基因組,我們希望能夠給生命之樹提供參考,因此我們的基因組質量要跟人類基因組計劃一樣高。在過去兩年半時間當中,我所屬的脊椎動物基因組計劃非常努力的去爭取高質量的基因組,幾個月之前我們公開宣布了100個參考質量的基因組,未來一年加上三個項目,還有其他項目加入進來,我們預計在2020年全球將會獲得2000個高質量的基因組。

為什么我們這樣做?目標是什么?這不只是一個工程項目,我們是希望能夠修正重塑我們對于生物進化的理解,去探索幫助保護生物多樣性,應用于農業創造更多的糧食,應用于新醫藥等等。

我給大家舉幾個例子,其實我們今天用的80%以上的藥物都是來自于自然界,不是來自于人工合成。在已知的39萬物種當中,只有200種是完全進行測序的。比如說屠呦呦發現了青蒿素,是唯一的生理學和醫學的女性獲獎人,這是來自于植物的提取,當然還有其他例子,對于癌癥,對于炎癥以及慢病都有很多自然界提取來的藥物。

其實在農業當中我們所用到的作物和動物種非常少,我們需要了解主要的作物種類以及牲畜種類,否則我們未來會面臨食物的短缺。最重要的原因是我們生物多樣性正在消失,脊椎動物數量的52%在過去40年當中消失了。

我們研究的8萬物種當中大概有1/3都在瀕臨滅絕的邊緣,這其實在告訴我們已經瀕臨第6次大滅絕了,在過去5次大滅絕當中我們已經損失地球上95%的物種,在第6次的大滅絕來臨之前,我們不知道我們會不會成為過去95%的一部分。

這是大堡礁的圖片,我們看到全球變暖的影響,我們不知道未來大氣生態體系會有什么樣的結果,在這個世紀末我們大概會有50-75%的物種消失,到時候會發生什么我們不知道。當然我們現在已經有很好的科技,我們還需要更多的科技,對于工程界來說,有無人機或者一些自動器械幫助我們搜集樣本,識別樣本,都還有很多機遇,我還沒有講到計算上的挑戰,我認為很快不會再說天文級的數字,我們會說基因組級別的數字,來說明數字的規模很大。

這個是我們目前的情況,我們有這么一個全球性的計劃,在1961年的時候肯尼迪總統宣布登月計劃的時候,我們當時完全不知道怎么樣來實現這樣的計劃,肯尼迪總統說:我們做這件事情不是因為它很容易,我們會做,就是因為它很困難(“。。。we will do this not because it is easy,but because it is hard。。。”)。

我們現在在一個非常嚴重的專類點,我們等不及了,我們現在有了科技或者是觸手可及就能獲取科技,而且我們也看到大家有很好的意愿,真的是時候行動起來了。我們的目標不是向前征服,但是我們應該一起去測序,這會帶來非常大的改變和好處。

謝謝各位。

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