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沃尔夫农业奖得主哈里斯·李文:努力破译地球上所有真核生物基因组

2019-10-30 14:48:31来源:新浪科技作者:河雨责编:嗜橙评论:

10月30日消息,今天,在第二届世界顶尖科学家论坛“未来国际大科学论坛”上,2011年沃尔夫农业奖得主哈里斯·李文发表了关于大科学项目:地球生物基因组计划(EBP)相关主题的演讲。

哈里斯·李文认为,地球生物基因组计划有可能会改善我们的世界,能创造一个更加可持续的生态经济,

就像不知道宇宙有多少个星星一样。在地球上我们也不知道到底有多少种真核生物,估计大概有1200-1500万种真核生物,据哈里斯·李文介绍,科学家只了解总数10%左右。

通过基因组技术的发展,我们如何来对剩下超过99%的真核生物进行测序,从而进一步了解它们呢?

从2015年开始,一些国际科学家便一起合作开始探索这个问题。经过三年探讨之后,哈里斯·李文和其他科学家共同出了一份白皮书,详细描述了这个项目的挑战、目标以及范围,以及最后想要获取什么样的结果。

2018年,EBP项目顺利启动,目标是破译地球上所有真核生物的基因组。哈里斯·李文表示,这个项目大概需要耗资47亿美元,Wellcome Sanger研究所承诺在五年期内投资超过5000万欧元,最主要的目标是希望测序英国已知的6万物种。

他希望这个项目能够修正重塑人类对于生物进化的理解,去探索帮助保护生物多样性,应用于农业创造更多的粮食,应用于新医药等。

第二届世界顶尖科学家论坛由世界顶尖科学家协会发起,上海市人民政府主办,中国科学技术协会指导。共设置了8大主题峰会,65位诺贝尔奖、沃尔夫奖、拉斯克奖、图灵奖、菲尔兹奖、麦克阿瑟天才奖等全球顶尖科学奖项得主、100余位中国两院院士、世界优秀青年科学家共同出席,深度对话。围绕宇宙、空间、航天、光子、气候、能源、生命、基因等将改变人类命运的话题,打造人工智能算力算法、脑科学与神经退行性疾病、创新药研发与转化医学、生命科学、碳氢键与新化学、新能源与新材料、黑洞与空天科技、经济与金融等主题峰会。

以下为演讲全文:

各位早上好,我要感谢WLA以及上海的主办方,以及主办方的邀请让我参加这次非常独特的会议,能够跟世界顶尖科学家们见面,真的是非常棒的机会让我们来交换彼此的想法与意见。

我跟大家介绍的是地球生物基因组计划,这个计划有可能会改善我们的世界,也有可能帮助我们创造一个更加可持续的生态经济,这个是我们所面临的问题。如今我们预计,我们当然不知道具体的数字,就像不知道宇宙有多少个星星一样。在地球上我们其实也不知道到底有多少种真核生物,但是估计大概有1200-1500万种真核生物,这些真核生物是最主要的两个生物领域。

其他两种也有其他的科学家获得了沃尔夫奖,通过图谱的方式分隔三种生物,真核生物有五大王国,现在我们对它的了解越来越多,而且还有非常多的真菌、酵母以及很多动植物种类,包括人类。在我们预计1200-1500万的真核生物当中,只有大概10%是有描述的,有科学家已经发现了认识的。在300年的生物学演进之后,我们只有10%关于真核生物的知识,这样的比例加上所有DNA测序的技术,包括刚才嘉宾讲到的技术加总起来,再加上人类基因组计划大量的投资,不到0.3%的真核生物我们进行了基因组测序。大概是4000种,这个规模其实也已经非常大了,我们现在所知道的基因组层面的真核生物的知识,只占到整个真核生物总量的不到0.3%。

我们希望提出一个问题让大家来思考,就是通过基因组技术的发展,我们如何来对剩下超过99%的真核生物进行测序,进一步了解它们?在2015年,一些国际科学家一起合作开始探索这个问题,我们可不可能?我们希不希望实现这样的项目?我们希望从真核生物的基因测序当中学到什么?很多科学家参与进来。我们在三年探讨之后,我们出了一份白皮书,描述了我们的挑战、目标以及范围,我们想要获取什么样的结果。

这是出版在PNAS上的白皮书,这是非常大的挑战,就像第一次登月一样。美国第一次载人登月计划其实有一个时间的界限,因此我们希望来预计一下在10年期能不能给所有真核生物做所有基因组测序?我们不只是为了造福于医疗健康,我们更希望了解地球的生态系统,以及地球上生物的未来,因此我们的愿景就是希望创造一个生物生命数据库,我们希望能够对150万真核生物进行测序,这样一来可以奠定一个基础,创造基础设施为未来的解决方案奠定基础。我们希望可以做出自己的贡献,来帮助保护生物多样性以及实现人类社会的可持续发展,以及有一个更加可持续的全球生态经济。

我们有一个三阶段的路线图,第一个阶段就是要测试有代表性的物种,大概有9千多种代表生物,在此之后我们再测试2000多种其他的种类,最终是要实现150万种,我们会搜集样本,进行测序分析、标注,来达成我们事先设定科学研究的目标,我们也会做一个预算,大概想一下这个项目会花多少钱。感觉会很昂贵,其实我想说服大家的是,这样的项目如果全球一起合作,如果有好的合作并不会特别贵,我们预计十年前期会大概花费47亿美金,这是全球的一切的成本,这包括搜集样本,还有测序,其实搜集样本才是最困难的部分。接下来就是测序、分类、分析等等。

我们如果对比一下人类基因组计划,这是90年代的计划,当时花了30年来完成,那个时候花了30亿美金做测序,只是测序再加上各类投资,如果我们按2017年的美金来算,是145亿的成本。如果我们要测序所有的真核生物,其实是比过去人类基因组计划的成本要低的。

再看一下投资回报率,根据一个美国公司Battelle2013年所做的预测,大概会有65:1的投资回报率,为美国经济可以贡献一万亿美金。我们认为对于地球生物基因组计划来说,它的投资回报率会比人类基因组计划要多得多的,为什么我们会这样认为?待会儿我和大家详细讲。

当然在生物学里面并没有太多大型登月计划,如果我们要跟其他大型计划对比一下的话,(英)他们的预算每年至少10亿美金,花了132亿才开始识别出(英)。可能我们会跟一些同事之间存在争议,但是我认为对于人类,对于社会的价值来说,我们的项目会比(英)的发现会更加的多,更加的大。

我们的组织是一个国际性的联合网络的网络,现在我们有29家机构覆盖15个国家,一共24个附属项目来覆盖所有的真核生物,有超过100位首席科学家参与进来,我们认为在未来几年应该会成为参与科学家人数最多的项目。各个机构也有自己的代表,每一个附属项目他们都成为国际科学家协会的一部分,我们的协同委员会最主要的工作就是开发标准,因为在不同项目之间没有共同标准,最开始的时候我们就像一个巴别塔一样,我们必须要有收集元素去测序等等的标准,包括分析的标准。如果没有这些标准,最终数据结果没有办法对比,所有参与方都承诺最终的成果将会开放获取,做成OA原则,而且会符合《生物多样性公约》和《关于获取与和分享利益的名古屋议定书》(ABS),一旦参与了我们的项目就要同意这一系列的规则。

我们的官方启动大概是一年之前,在伦敦的惠康基金会宣布在11月1日,Wellcome Sanger研究所他们承诺在五年期投资超过5000万欧元,这是非常大的一笔投入,最主要的目标就是希望把英国已知的6万物种进行测序。我们看到全世界都有类似的模式,每一个国家都想测序自己国家的物种,同时也对于其他国家的物种有兴趣。

目前先从自己国家的物种开始,包括一些中国的伙伴,我们在中国有超过4个项目相关,各方的投资超过1亿美金,华大基因他们是要测一万物种,中国科学院要测一万种鱼类。当然启动项目也需要一些时间,我们不想要低质量的基因组,我们希望能够给生命之树提供参考,因此我们的基因组质量要跟人类基因组计划一样高。在过去两年半时间当中,我所属的脊椎动物基因组计划非常努力的去争取高质量的基因组,几个月之前我们公开宣布了100个参考质量的基因组,未来一年加上三个项目,还有其他项目加入进来,我们预计在2020年全球将会获得2000个高质量的基因组。

为什么我们这样做?目标是什么?这不只是一个工程项目,我们是希望能够修正重塑我们对于生物进化的理解,去探索帮助保护生物多样性,应用于农业创造更多的粮食,应用于新医药等等。

我给大家举几个例子,其实我们今天用的80%以上的药物都是来自于自然界,不是来自于人工合成。在已知的39万物种当中,只有200种是完全进行测序的。比如说屠呦呦发现了青蒿素,是唯一的生理学和医学的女性获奖人,这是来自于植物的提取,当然还有其他例子,对于癌症,对于炎症以及慢病都有很多自然界提取来的药物。

其实在农业当中我们所用到的作物和动物种非常少,我们需要了解主要的作物种类以及牲畜种类,否则我们未来会面临食物的短缺。最重要的原因是我们生物多样性正在消失,脊椎动物数量的52%在过去40年当中消失了。

我们研究的8万物种当中大概有1/3都在濒临灭绝的边缘,这其实在告诉我们已经濒临第6次大灭绝了,在过去5次大灭绝当中我们已经损失地球上95%的物种,在第6次的大灭绝来临之前,我们不知道我们会不会成为过去95%的一部分。

这是大堡礁的图片,我们看到全球变暖的影响,我们不知道未来大气生态体系会有什么样的结果,在这个世纪末我们大概会有50-75%的物种消失,到时候会发生什么我们不知道。当然我们现在已经有很好的科技,我们还需要更多的科技,对于工程界来说,有无人机或者一些自动器械帮助我们搜集样本,识别样本,都还有很多机遇,我还没有讲到计算上的挑战,我认为很快不会再说天文级的数字,我们会说基因组级别的数字,来说明数字的规模很大。

这个是我们目前的情况,我们有这么一个全球性的计划,在1961年的时候肯尼迪总统宣布登月计划的时候,我们当时完全不知道怎么样来实现这样的计划,肯尼迪总统说:我们做这件事情不是因为它很容易,我们会做,就是因为它很困难(“。。。we will do this not because it is easy,but because it is hard。。。”)。

我们现在在一个非常严重的专类点,我们等不及了,我们现在有了科技或者是触手可及就能获取科技,而且我们也看到大家有很好的意愿,真的是时候行动起来了。我们的目标不是向前征服,但是我们应该一起去测序,这会带来非常大的改变和好处。

谢谢各位。

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关键词:真核生物基因组

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