Cell雜志刊出時的頭圖

□記者 李曉玲 深圳報道

近日，深圳華大生命科學研究院（下稱“華大研究院”）聯合多家機構在Cell出版社官網上，以時空組學聯盟專題的形式發布了全球首批生命時空圖譜。該圖譜從時間和空間維度上，對生命發育過程中的基因和細胞變化過程進行了超高精度解析，為認知器官結構、生命發育、人類疾病和物種演化提供了新方向。

據介紹，華大研究院利用自主研發的堪稱“超廣角百億像素生命照相機”的時空組學技術Stereo-seq，首次繪制了小鼠、斑馬魚、果蠅、拟南芥四種模式生物胚胎發育或器官的時空圖譜。這一技術還能同時“拍到”每個細胞的基因信息和空間位置，實現了器官和生命全景分子細胞圖譜的繪制，有助于研究人員認識生命的發展過程。

華大研究院時空組學首席科學家陳奧介紹，通過Stereo-seq技術，人類首次以500納米的空間分辨率實現了生命全景時空圖譜的繪制。過去要做幾千甚至上萬次的實驗才能完成的時空圖譜，現在使用華大自主研發的時空芯片，隻需一次定位就能實現。

“時空組學技術所需要的數據體量相比過去的組學技術有數量級的提升，這是一項前所未有的挑戰。為此，我們開發了一系列适應其數據分析的新算法及相關的可視化數據庫，希望能助力解決未來該領域在計算存儲、算法算力上可能面臨的一系列挑戰。”華大研究院生物信息首席科學家黎宇翔說。

中國工程院院士、著名免疫學家曹雪濤認為，這是生命科學領域方法學的突破，也是我國在核心技術自主研發方面領先世界的一個範例和裡程碑。未來在腫瘤或者衰老器官中，時空組學技術能夠幫助我們理解免疫細胞、基質細胞和器官内主要細胞類型之間的關系發生了哪些改變，背後調控的機制又是什麼，生理和病理意義是什麼，相信這些信息将為人類疾病的預防、診斷與治療帶來革命性的突破。

事實上，在人類發育疾病方面，過去科學家們已經發現了很多與人類發育相關的變異，這些變異導緻母親懷孕的過程中流産或者新生兒出現出生缺陷等情況，比如唇腭裂、唐氏綜合征等，但真正發病背後的原理人們還不甚了解。華大研究人員稱，現在研究人員能夠借助時空組學Stereo-seq技術，找到生命體在發育的哪些時期、哪個器官、哪種細胞類型發生了異常，這對未來潛在的治療具有重要意義。

近年來，時空組學技術在生命科學和臨床醫學研究中發揮着越來越大的作用，2020年《自然·方法》将時空組學技術評為年度技術。“時空組學技術的出現，實現了生命在時間和空間維度上細胞‘地圖’的全面繪制，讓我們可以在細胞甚至亞細胞分辨率下，觀察到正常狀态和疾病狀态下分子和細胞的分布及細胞之間的互作情況，真正實現了從高精度結構的角度去觀察和理解，這将大大推動我們對于生命複雜性和人類疾病的全面認知。”華大研究院單細胞組學首席科學家劉龍奇表示。

全球首批生命時空圖譜發布當日，為了推動時空組學在生命科學各領域的廣泛應用和快速發展，華大研究院等機構還聯同全球科學家發起了“時空組學聯盟”國際合作計劃，聯盟将在器官、疾病、發育、演化四個方向，充分發揮時空組學的技術優勢，促進物種演化、胚胎發育、疾病機理等領域的研究。

據華大研究院相關負責人介紹，時空組學聯盟是一個國際化的科學聯盟，由來自哈佛大學、劍橋大學、牛津大學等16個國家的80多位科學家組成，不僅有生物學家，還有數學家、計算機學家，是多學科交叉的聯盟，其中包含多位世界頂級的科學家。聯盟成員、中科院腦科學與智能技術卓越創新中心主任蒲慕明院士表示，聯盟的成立是一個非常重要的裡程碑。“過去大量的各類組學數據都缺少時空信息，而時空信息的收集、分析、建模等工作，是生物學的未來研究方向。”

華大研究院院長徐訊表示，希望通過這個大科學工程和全球合作，一起推動人類終極問題的解答，“比如腦科學，為什麼大腦能夠進行高級的認知活動？比如說衰老，為什麼人會衰老，而有些物種卻可以活得非常長？還有像癌症這樣的疾病等等。聯盟是一個科學界的自發組織，通過聯盟促進科學家們交流學習，共享數據，推動科學的發展。”

來源： 經濟參考報

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