近日，《自然》雜志在線(xiàn)發(fā)布了中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜發(fā)起，十八國(guó)科學(xué)家團(tuán)隊(duì)共同參與的人體蛋白質(zhì)組導(dǎo)航國(guó)際大科學(xué)計(jì)劃（簡(jiǎn)稱(chēng)“π-HuB計(jì)劃”）白皮書(shū)。該計(jì)劃旨在通過(guò)國(guó)際合作繪制人類(lèi)全生命周期的蛋白質(zhì)組圖譜，解析蛋白質(zhì)組演變之謎。
人體蛋白質(zhì)組圖譜正被繪制
為了破解這些“生命密碼”，科學(xué)家很早就開(kāi)始了基因組研究探索之旅。1990年，雄心勃勃的“人類(lèi)基因組研究計(jì)劃”啟動(dòng)，旨在解析人體所有的基因序列。到2003年，科學(xué)家成功完成了對(duì)人類(lèi)基因組中30億對(duì)堿基序列的全部測(cè)定。研究繪制的人類(lèi)基因組圖譜揭示了生命本質(zhì)和遺傳機(jī)制，為疾病診斷、治療和預(yù)防開(kāi)辟了新視角，推動(dòng)了精準(zhǔn)醫(yī)學(xué)發(fā)展。人類(lèi)基因組研究還加速了生物技術(shù)進(jìn)步，催生了基因編輯、基因治療等前沿技術(shù)，生命科學(xué)研究正式邁入后基因組新時(shí)代。
盡管在10年左右的時(shí)間里，人類(lèi)成功獲得了基因中蘊(yùn)含的全部信息，但科學(xué)家意識(shí)到，基因序列本身無(wú)法完全解釋人體的復(fù)雜性。因此，在完成“人類(lèi)基因組研究計(jì)劃”的同一年，2003年“國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃”也隨即啟動(dòng)。
我國(guó)科學(xué)家在這一領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)“人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃”，并于2007年成功測(cè)定出6788個(gè)高可信度的中國(guó)成人肝臟蛋白質(zhì)，構(gòu)建了國(guó)際上第一張人類(lèi)器官蛋白質(zhì)組“藍(lán)圖”。到2023年，已有超過(guò)90%的人類(lèi)蛋白質(zhì)經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)整合了全球范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，為相關(guān)疾病的基礎(chǔ)研究提供了數(shù)據(jù)參考。
這一進(jìn)展也間接推動(dòng)了AlphaFold（第一代基于人工智能技術(shù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)軟件）的訓(xùn)練和完善。這正是2024年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)獲得者的重要成就。AlphaFold經(jīng)過(guò)兩次迭代，不僅為系統(tǒng)生物學(xué)、合成生物學(xué)等領(lǐng)域提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而且推動(dòng)了從基因到功能的全面解析，讓我們對(duì)生命的理解更加深入。
從分子到細(xì)胞，探索生命科學(xué)
然而，故事遠(yuǎn)未結(jié)束。
盡管我們對(duì)單一細(xì)胞內(nèi)的所有分子有了深入的理解，但這并不足以揭示整個(gè)細(xì)胞及其之間相互作用的復(fù)雜性。而細(xì)胞間的相互作用對(duì)人體的健康至關(guān)重要。如免疫學(xué)研究能夠揭示免疫細(xì)胞是如何通過(guò)分子信號(hào)識(shí)別、攻擊病原體，以及如何區(qū)分“自我”和“非自我”的。
因此，為了全面理解人體，科學(xué)家于2016年啟動(dòng)了人類(lèi)細(xì)胞圖譜計(jì)劃，旨在建立人體細(xì)胞的數(shù)字化模型，利用數(shù)字矩陣描述人體內(nèi)所有細(xì)胞的特征。
這些特征包括細(xì)胞類(lèi)型、數(shù)量、位置、相互關(guān)系以及分子組成等，計(jì)劃構(gòu)建細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、細(xì)胞形態(tài)、空間位置和細(xì)胞相互作用等高維數(shù)學(xué)特性的精細(xì)圖譜。這將為我們提供一個(gè)關(guān)于人體發(fā)育、生理和病理的精細(xì)參照系，最終建立一個(gè)全息生命信息網(wǎng)絡(luò)。
截至目前，全球已有823家實(shí)驗(yàn)室參與該計(jì)劃，繪制了肺、肝臟、腎臟、大腦等多個(gè)組織和器官的細(xì)胞圖譜，收錄了9000多位供體的6200萬(wàn)個(gè)細(xì)胞數(shù)據(jù)。
2024年11月21日，《自然》發(fā)表的人類(lèi)細(xì)胞圖譜計(jì)劃的論文合集，深入探索了人體這一復(fù)雜而精密的“機(jī)器”，從宏觀到微觀，從整體到局部，最終走向分子層面的解析。
如今，“π-HuB計(jì)劃”作為全球蛋白質(zhì)組研究的新篇章，致力于繪制人類(lèi)全生命周期的蛋白質(zhì)組圖譜。這不僅是對(duì)生命科學(xué)基本規(guī)律的探索，也為人類(lèi)健康和疾病研究提供了全新的視角。
短短35年，生命科學(xué)結(jié)合了物理學(xué)、化學(xué)和計(jì)算機(jī)科學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的知識(shí)，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能開(kāi)發(fā)出強(qiáng)大的工具，幫助我們從整體上理解人體的復(fù)雜性。
未來(lái)，我們可能有幸見(jiàn)證科學(xué)家對(duì)細(xì)胞自身及細(xì)胞之間相互作用的深刻理解，這些有望為攻克癌癥、揭示大腦的奧秘，以及顯著延長(zhǎng)人類(lèi)平均壽命帶來(lái)新的啟示。
（作者王琳琳系中國(guó)科普作家協(xié)會(huì)會(huì)員、吉林省科學(xué)技術(shù)工作者服務(wù)中心助理研究員，劉傳波系吉林省科普創(chuàng)作協(xié)會(huì)會(huì)員、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春應(yīng)用化學(xué)研究所博士）
本文鏈接：揭秘蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，理解生老病死http://www.lensthegame.com/show-11-16448-0.html
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