人类绘制细胞图谱,应用前景遭质疑

2016-10-20 11:38:32 发布者:xinxinpink 来源:第一财经 浏览次数:0

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近日,来自全世界的一群顶级科学家齐聚伦敦,讨论一项雄心勃勃的全球合作计划——创建一个人类细胞图谱(HumanCellAtlas)。这一计划的目的是希望破译出人体中每个细胞的类型和特性,构建健康人体的参考图,从而加速生物医学进展,比如了解人类为什么会生病。

意义堪比人类基因组计划

这次会议由MIT和哈佛医学院BroadInstitute以及WellcomeTrustSangerInstitute召集,由国际专家共同决定人类细胞图谱计划第一阶段的要素。一些科学家认为,这一计划的重要性堪比当年首个人类DNA序列的人类基因组计划(HumanGenomeProject)编制的意义。

GSK高级副总裁、中国研发中心总经理利民对《第一财经日报》记者表示:“这是一项伟大的学术项目!而且即便使用今天的技术,它的意义仍然是深远的。”

项目的倡导者之一、MIT计算生物学家AvivRegev博士表示:“启动这样一个项目主要希望对人类有清晰的自我认识。我们希望了解人类是如何构成的。最终,这个人类细胞图谱将有助于彻底改变医生和研究人员如何理解、诊断和治疗疾病。”

通过把细胞图谱免费开放给全世界,科学家希望将研究结果转化为我们对身体发育和疾病进展的理解,如哮喘、阿尔茨海默病和癌症等。将来,这个参考图也可以指明新的诊断工具和治疗方法。

Regev博士指出,对健康人体中所有细胞的准确理解将在未来几十年影响生物学和医学的几乎每一个方面。我们现在有工具来了解我们人体的组成,了解我们的身体如何工作,并揭示所有这些元素在疾病中的作用。他说:“通过开放的国际合作创建这个图谱,我们正在为整个社区建立一个新的研究工具。”

细胞是生命的基本单位,它们在胚胎中分裂、生长并获得不同的功能,最终形成不同细胞类型(例如皮肤细胞、神经元或脂肪细胞),从而形成身体的各种组织。这些组织汇聚在一起形成器官,例如心、肺、脑、肾脏和肝脏。按照医学教科书的说法:“人体由数万亿细胞构成,已经发现的细胞种类有200多种。”不过真实的数据毫无疑问会比这个数字要高很多。

目前人类基因图谱的第一个试点性的研究已经开启。单细胞基因组学领域的技术进步,让科学家们可以从不同的组织和器官中分离单个细胞,并测量每个细胞的转录组或其他重要分子,在过去,测量这种复杂和广泛的信息几乎是不可能的。

以前科学家们通过显微镜下观察和了解细胞,近些年可以通过分析数百到数千个细胞的团块并找到它们的平均性质。然而,尽管大多数细胞所携带的基因密码是相同的,但是它们的命运是被内部激活它们的基因排序所左右的。如果调整基因组中的一组基因,那么细胞就会变成神经细胞;激活另外一组基因,细胞就变成了跳动的心脏细胞。为了认清每种细胞类型的真实面目,有必要首先分离细胞,然后找出在每个细胞中产生什么分子。这些分子包含了转录组,一种将细胞与体内其他细胞类型区分开的物质。

应用前景何在

利民负责了整个GSK的全球脑神经药物的研发。他对记者表示:“人类细胞图谱未来的应用前景广阔,有三点可以考虑:首先绘制这份重要组织图无论是对于学术认知还是人体健康都具有积极意义;其次它对了解疾病细胞与健康细胞同样重要;最后是必须尽快找到一种方法能够把工业和社会联系起来,让科研领域的进步和社会进步拥有同一个目标,从而帮助改善人类的健康状况。”

一些科学家认为,人类细胞图谱或许对于用细胞疗法来重新产生缺失或受损组织的作用是无价的,它能够为目前一些不治之症提供治疗方案。比如帕金森,这种疾病是由于大脑持续缺失能够产生一种叫做多巴胺的化学物质的神经元而导致的。未来的一种治疗可能性是在实验室生产新鲜的能够产生多巴胺的细胞,然后再把它们注入人脑。

“人类细胞图谱的意义在于能够让科学家做出判断,把正确的细胞植入人脑。”斯德哥尔摩KarolinskaInstitute的神经学家StenLinnarsson表示,“人类细胞图谱是生命科学领域很长一段时期以来最为振奋人心的提案,对于健康和疾病而言,细胞是生命最基础的组成部分,只有对细胞有清晰的了解,才能够了解病理机制,提供有效的治疗方案。”

Regev博士和Teichmann博士所倡导的这样一份人类细胞图谱已经获得了来自扎克伯格和妻子PriscillaChan的支持。而要真正建立起这样一幅图谱,全球的实验室必须联合起来。而一旦这幅图谱被绘制出来,研究人员将不仅仅能够发现人体细胞的全部种类,而且能确切地找到它们在哪些器官起作用。

不过,花如此大的力气打造这样一个世界级的项目,到底为了什么?有科学家对此提出质疑。美国冷泉港脑神经学家AnthonyZador对记者表示:“拥有足够的资源(主要是资金),要绘制出人体所有的细胞类型并不困难。所以我担心的并不是这能不能实现的问题,而是在全球科研经费如此有限的背景下,这是不是最好的投资。因为和人类基因组计划的编制带有很强的目的性不同,人类细胞图谱的用途并不明确。还有很多同样重量级的科研项目等待资金注入,那些项目或许更有实际意义。”

在Zador看来,人类基因组计划(HumanGenomeProject)的编制对于现代生物学的意义是革命性的,不仅仅是因为它所产生的数据,更是因为它撬开了现代基因组排序技术的奥秘。相比而言,全基因组关联分析(GWAS)的项目让人失望,这个项目主要是在人类全基因组范围内找出存在的序列变异,从而为研究复杂疾病提供数据分析支撑。“GWAS项目花了巨大的资金,但是结果并没有获得同等的产出,还不如多投一些小的项目。”Zador对记者表示,“人类细胞图谱最后会具体落到哪个领域,现在也还不清楚。”

巧合的是,Zador正在做的一项研究也是绘制一幅“云图”,不过是人脑图谱。他的团队通过一项名为MAP-seq的新技术,利用RNA“条形码”能够绘制出人脑约850亿个神经元细胞之间多达15万亿种连接,有望实现深度神经网络的重大突破。

关键词:图谱细胞前景

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