黄岩谊

黄岩谊，70后，北京大学化学专业本科及博士，美国加州理工学院应用物理系博士后，美国斯坦福大学生物工程系博士后，2006年回国，如今他已成为北京大学生物动态光学成像中心研究员、工学院终身教授、国家&ldquo 863计划&rdquo 新一代高通量测序仪研发项目首席专家，并兼任北京大学化学学院教授。 　　今年4月，黄岩谊在2013年度中国科学发展年会上做了一场关于高通量测序仪的报告，引起了参会者的关注。黄岩谊是如何与高通量测序研究结缘?新一代高通量测序仪研发项目进展如何?对于仪器研制和科学研究的关系，他又是如何看待的? 北京大学生物动态光学成像中心黄岩谊研究员 　　导师亲历&ldquo 测序&rdquo 引发兴趣 　　2006年回国后，黄岩谊一直从事的是材料相关研究，虽然对测序仪也有些了解，但从未想过涉足。&ldquo 我对测序技术的兴趣源于2009年的一件事。当时，我在斯担福大学的博士后导师奎克教授用自己研发的第三代测序仪测了自己的全基因组，并通过对测序结果的分析发表了一篇文章，其中提及他的一个基因变异增加了他患心血管疾病的风险。出于好奇，我问奎克教授，&lsquo 测基因组后，您知道了什么?&rsquo 他告诉我，他大概知道了自己将来最可能如何死去。&rdquo 　　黄岩谊说，这激发了他的兴趣&mdash &mdash 如果能将测序服务降到普通人可以承受的价位，将很有意义，而当时奎克教授测定全基因组的花费已经降到了史无前例的5万美元。 　　如何能将测序技术做到物美价廉，让大家都能用上?关键在于两点。&ldquo 第一，每个序列读的长度长点 第二，读每个序列的时间短点。而目前的测序仪很难同时满足上述两点，这成了我们研制的突破点。幸运的是，我们课题组擅长测序仪研发所需的两项核心技术，也就是微流控芯片和光学成像技术，于是很自然的我们课题组开始转向测序技术的研发。&rdquo 黄岩谊说。 　　2011年年底，由世界著名的生物物理化学家谢晓亮组建的北京大学生物动态光学成像中心成立，黄岩谊也是其创始人之一，并开始与谢晓亮教授合作开发高通量测序仪。2012年，由黄岩谊担任首席专家，清华大学陈鹏、东南大学刘全俊、上海交通大学王志民参与的&ldquo 863计划生物和医药技术领域新一代测序仪及配套产品研发重大项目&rdquo (以下简称为：863测序仪项目)获得立项支持，黄岩谊的测序仪研制之路也越走越远。 　　863测序仪课题进展顺利 　　目前，测序仪技术已经发展到了第三代，而863测序仪项目并不局限于第三代技术，四个参与单位分别研制第一代、第二代及第三代测序仪。黄岩谊表示，&ldquo 测序仪的代数是一个人为的划分，主要是基于方法和手段的不同，并不像许多人想象的那样，新的一代产品会完全淘汰上一代产品。&rdquo 　　&ldquo 基于毛细管电泳技术的测序仪，是所谓的&lsquo 第一代&rsquo 测序仪，由于测定单基因克隆的价格便宜，准确度高，因而应用还很广泛。而现在主流的高通量测序仪是所谓的&lsquo 第二代&rsquo 测序仪，其主要的特点是高通量，特别适合样品量大的机构使用。&lsquo 第三代&rsquo 测序仪，通常指单分子测序技术的产品，美国Pacific Biosciences和Helicos这两家公司有相关产品，但如今Helicos已破产。在发展时间上，第三代和第二代差不了几年，但在通量方面第三代还不及第二代，所以第三代测序仪也无法替代第二代产品。目前，863测序仪项目刚刚结束了第一年的尝试，参与项目的四家单位分别从不同方向上进行了探索，研制第一代、第二代及第三代测序仪，取得了很好的阶段性成果。&rdquo 　　黄岩谊课题组研制的是改良型第二代测序仪，在研制过程中，黄岩谊觉得最大的困难是精密加工。&ldquo 这方面需要很多经验和时间。和国外比，国内主要的差距是缺少关键部件制造供应商，很多关键零部件还大量依赖进口。此外，人才也是一个问题，国内很少有真正意义的创新人才，更多是跟踪型人才。&rdquo 　　黄岩谊补充道，&ldquo 这两年，我的课题组培养了一批年轻人，他们对仪器设备有兴趣，不仅用，而且擅长改，他们期望自己能做出来。&rdquo 　　对于项目的未来，黄岩谊还是比较乐观，他估计，&ldquo 在三到五年的时间内，我国自己研发的新一代测序仪将会出现在市场上。而这一步的实现，可以摆脱我们对国外品牌的完全依赖，并大大降低测序的成本。&rdquo 　　不为了仪器研制而研制 　　除了测序仪外，黄岩谊课题组还研制很多其他仪器设备。但即便如此，在黄岩谊眼中，他的课题组并不是&ldquo 做&rdquo 仪器的。&ldquo 正如我所在的北京大学生物动态光学成像中心的宗旨一样，我们做的是技术驱动的生命科学研究。我们使用各种各样现有的仪器设备，同时创造性地建设目前市面上没有的或价格昂贵的仪器与设备，最终的目的是为了完成我们想完成的科学研究。问题和目的决定了我们的手段，如果需要做仪器，我们就做，不是单纯为了仪器研制而研制。&rdquo 　　黄岩谊说道，&ldquo 基于自己的兴趣和背景，我将课题组的研究定位在&lsquo 寻找基础物质科学与实验工程器具的交汇点&rsquo 。我希望能将两者融合为一个整体，而不是分割开，用技术突破研究，同时也用研究来推动技术发展。&rdquo 　　也许正是基于上述原因，黄岩谊课题组研发的很多设备并没有产业化。&ldquo 一些是专门为自己实验室设计的，没有产业化需求。但是还有很多通用的小部件、小设备，可以推广并成为很好的产品，需要产业化的支持。&rdquo 黄岩谊说。 　　最后，黄岩谊告诉笔者，他最欣赏北京大学教授、北大方正主要开创者、中国工程院院士王选的一段话&mdash &mdash 科学研究中攻克难关后的兴奋和成果普遍推广后的喜悦是一种最大的报酬，这是金钱换不来的，而今天他所做的一切，包括测序仪的研制都是为了获得这样的&ldquo 报酬&rdquo 。 　　采访编辑：杨娟

p 　　北京大学生物动态光学成像中心/北京未来基因诊断高精尖创新中心/生命科学联合中心/工学院黄岩谊教授课题组日前在DNA测序方法的研究上取得重要突破。该团队在此前谢晓亮教授首创的荧光发生测序技术基础上发展了一种全新概念的测序方法——纠错编码(简称ECC)测序法。ECC测序法采取一种独特的边合成边测序(SBS)策略，利用多轮测序过程中产生的简并序列间的信息冗余，大幅度增加了测序精度。该进展于2017年11月6日以“Highly accurate fluorogenic DNA sequencing with information theory-based error correction”为题在线发表于《自然 生物技术》(Nature Biotechnology)期刊上。 /p p 　　ECC测序法的化学反应采用了荧光发生测序技术，该技术由谢晓亮课题组于2011年首次报道(Nature Methods (2011) 8, 575.)，原理巧妙之处在于在DNA互补链合成时可以释放同所延伸核苷酸数目相等的荧光分子，利用这一反应可以实现低错误率的SBS。黄岩谊课题组在此基础上，过去几年对该方法进行了拓展(ChemBioChem (2015) 16, 1153.)，为本次技术突破奠定了基础。该团队首先从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行了结构优化，设计合成了具有不同波长、更优性能的测序底物分子，并对聚合酶参与的各阶段反应动力学进行了细致的测量和建模 在深入理解荧光发生测序化学反应速度、完成度、副反应等关键技术细节的基础上，完善了ECC测序原理样机的搭建，不断迭代优化测序反应条件和信号采集流程 从数据入手，构建了精确的测序信号失相模型并提出了次级延伸理论，并据此开发出算法软件对测序反应失相过程做出了合理简化使其具备了实用性。 /p p 　　在ECC测序法中，序列信息的冗余来自黄岩谊课题组新发展的“对偶碱基荧光发生”SBS测序流程，该流程通过对测序试剂按对偶碱基分为两两匹配的三组，并对待测DNA序列进行三轮独立测序，继而产生三条互相正交的简并序列编码。这三条编码可互为校验，后续不但能够通过解码推导出真实碱基序列信息，而且具备对单轮测序错误位点的校正能力。ECC编码和解码策略已被广泛应用在信息通讯和存储等其它领域中，并被证实可以有效检测和纠正数据传输或存储时发生的错误。此次黄岩谊团队在测序技术中首次引入冗余编码概念，通过和低错误率的荧光发生测序技术巧妙结合，在实验室搭建的原理样机上获得了单端测序超过200碱基读长无错误的实验结果。 /p p 　　该论文作者包括北京大学博士后陈子天，博士研究生周文雄、乔朔、康力，段海峰副研究员，谢晓亮教授和黄岩谊教授 黄岩谊是这篇文章的通讯作者。该工作先后得到了北京市科委、国家科技部863计划、国家自然科学基金、北大-清华生命科学联合中心以及北京未来基因诊断高精尖创新中心的资助。 /p

p style=" text-align: center " /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201801/noimg/b9badc3b-2ddc-463d-94cc-6895afc62199.jpg" title=" 黄岩谊.jpg" width=" 627" height=" 195" style=" width: 627px height: 195px " / /p p style=" text-align: center " 图. 全新设计的核苷酸底物通过聚合酶的延伸反应产生荧光产物用于测序 br/ /p p 　　在国家自然科学基金项目(项目编号：21327808，21525521)等资助下，北京大学黄岩谊课题组日前在DNA测序方法与技术上取得重要进展，发展一种全新概念的测序方法—纠错编码测序法(简称ECC)，该方法采取一种独特的边合成边测序(SBS)策略，利用多轮测序过程中产生的简并序列间的信息冗余，大幅度增加了测序精度。研究成果于2017年11月6日发表在Nature Biotechnology(《自然-生物技术》)期刊上。论文链接：http://www.nature.com/articles/nbt.3982。 /p p 　　序列信息的冗余来自黄岩谊团队新发展的“对偶碱基荧光发生”SBS测序流程，该流程通过全新设计的特殊测序反应底物，对待测DNA序列进行三轮独立的SBS测序，继而产生三条互相正交的简并序列编码。这三条编码可互为校验，后续不但能够通过解码推导出真实碱基序列信息，而且具备对单轮测序错误位点的校正能力。这种编码和解码策略已被广泛应用在其它科学领域中，用于有效检测和纠正错误。此次黄岩谊团队在测序技术中首次引入冗余编码概念，通过和低错误率的荧光发生测序技术相结合，在实验室搭建的原理样机上获得了单端测序超过200碱基读长无错误的实验结果。在ECC测序中，黄岩谊团队首先从化学原理上对荧光发生测序技术中的荧光标记分子进行了结构优化，设计合成了具有不同波长、更优性能的测序底物分子，并对聚合酶参与的各阶段反应动力学进行了细致的测量和建模。在深入理解荧光发生测序化学反应速度、完成度、副反应等关键技术细节的基础上，构建了精确的测序信号失相模型并提出了次级延伸理论，并据此开发出算法软件对测序反应失相过程做出了合理简化使其具备实用性。 /p p style=" text-align: right " 【原标题：我国学者在DNA测序方法与技术上取得重要进展】 /p p br/ /p