地球生物基因组

p style=" text-indent: 2em text-align: left " 近日，一项对全球所有复杂生物体基因组进行测序的雄心勃勃的计划在英国伦敦正式启动。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “基因变异是所有遗传学知识的源泉。”项目成员之一、澳大利亚墨尔本拉筹伯大学进化遗传学家Jenny Graves说，“你拥有的基因变异越多就越好——那么为什么不对所有的事物展开测序呢？” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 这项地球生物基因组计划的目标便是在未来10年内对全世界约150万种已知的动物、植物、原生动物和真菌物种(统称为真核生物)的基因组进行测序。这项倡议估计耗资47亿美元，到目前为止只筹划到其中的一小部分资金。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 作为这项计划的一部分，来自茵格斯顿市惠康桑格研究所的科学家宣布，他们计划在未来8年的时间里花费5000万欧元(6500万美元)对英国的真核生物基因组进行测序，其数量约为66000种。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 对惠康桑格研究所的支持——将来自该所的总体预算——是迄今为止对这项努力最大的承诺之一。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 据美国加利福尼亚大学戴维斯分校进化生物学家、地球生物基因组计划工作组主席Harris Lewin估计，关于该项目迄今为止所作的财政承诺总计约2亿美元。这是该项目为期3年的“第一阶段”的预估成本的1/3。这一阶段打算对9000类已知的真核生物中的每一类的至少1个物种的基因组进行测序。他希望在1年内筹集到剩余的资金。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 地球生物基因组计划包括十多个现有的测序项目。例如生命之树的特定分支，如鸟类、昆虫和植物；或者对于一个特定国家的生物多样性的研究，如在英国被正式称为达尔文生命之树的项目。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " Lewin表示:“我们不需要一个基因组计划来控制所有的项目。”相反，他说，这项努力存在的理由便是为了确保正在进行的生物多样性测序工作的标准化。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " “当你接近不同的科学团体后，会发现那是处于混乱和无政府状态的。”Lewin说，“如果到最后，每个人都在做自己的事情，那得到的就是巴别塔了。” /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 在此次伦敦召开的会议上，与会者讨论了样本采集、测序、数据管理和共享的指导方针。Lewin认为，制定这样的标准对于使基因组对所有的科学家都有用——而不仅仅是对某一特定领域的科学家有用，是至关重要的。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 参与这项工作的科学家说，因为地球生物基因组计划是一个伞形组织，它对于确保测序工作能够覆盖所有生命科学分支也很有价值，而不仅仅是那些之前吸引科学家关注的领域。 /p

华大基因3月22日宣布将参与全球最大微生物基因组研究项目EarthMicrobiomeProject(简称&ldquo EMP&rdquo )，将负责EMP亚洲地区所有样本的收集和鉴定，并对整个项目提供DNA提取、扩增、建库、宏基因组测序，以及研发生物信息学分析流程所需的计算资源。 　　EMP将对来自全球的20万个样本进行环境DNA测序或者宏基因组测序，从而建立一个全球性的基因图谱，旨在全方位、系统性地研究全球范围内的微生物群落的功能及进化多样性，以便更好地造福社会及人类。参与该项目的主要单位有华大基因(BGI)、阿拉贡国立实验室、芝加哥大学、科罗拉多大学、劳伦斯· 伯克利国立实验室和美国基因能源联合研究所。 　　据介绍，与以往的微生物研究有所不同，该项目的研究对象不仅集中于海洋和人体环境中微生物群落，还包括土壤、空气、淡水生态系统等整个地球表面的绝大多数的微生物群落。 　　华大基因理事长、中国科学院院士杨焕明表示，&ldquo 我们非常荣幸能够作为主要参与者参加如此重要的研究项目。微生物对地球上所有的生命具有至关重要的作用，而我们对微生物的复杂性和多样性认识不足，征服这个未知的领域是非常有必要的。华大基因拥有国际先进水平的测序平台和强大的生物信息学分析能力，我们相信可以为促进人类对微生物群落重要性的了解贡献出价值和力量&rdquo 。 　　据悉，今年6月13日至15日，华大基因将联合EMP联盟在深圳共同举办第一届EMP大会。作为本次大会的主办方，华大基因将与来自各地的学者分享微生物学、微生物基因组学及相关生态、健康、医学、工业、农业等各领域最新的学术成果及应用前景。

由深圳华大基因研究院联合中国微生物领域顶尖研究机构、院校和企业组成的&ldquo 万种微生物基因计划&rdquo ，八月一日在深圳启动。 　　据悉，该计划是深圳华大基因研究院在&ldquo 国际千人基因组计划&rdquo 后启动的又一重大基因组计划，目前该计划的地位为亚洲第一、世界第三。 　　该计划预计在三年内完成一万种微生物物种全基因组序列图谱的构建，并以此为核心开展一系列基因水平上的探索和研究，将推动中国微生物基因组学深入、系统的研究。其目的是打造微生物全基因组的&ldquo 百科全书&rdquo ，完成&ldquo 生命之树&rdquo 计划的微生物分支，并带动相关学科及产业的发展。 　　该计划的研究领域涵盖了工业微生物、农业微生物、医学微生物等，研究种类包括古细菌、细菌、真菌、源生物、藻类和病毒。 　　据介绍，微生物是地球上种类最多、分布最广、与人类关系最为密切的物种，也是工业生物技术的核心及重要的国际竞争战略资源之一。&ldquo 万种微生物基因组计划&rdquo 将促进发酵业、制药业、食品加工业的升级换代和推动新型生物能源、绿色制造、疫苗生产、环保产业的发展，为解决&ldquo 三农&rdquo 问题，实现节能减排和生物安全，拉动内需提供重要的科技支持。 　　中国科学院院士杨焕明表示，&ldquo 万种微生物基因组计划&rdquo 标志着微生物科学的新开始，表明了微生物研究探索出崭新的研究策略和中国科学家勇于攀登的精神。 　　华大基因成立于一九九九年，目前拥有世界顶尖的测序及信息分析能力，已完成了一系列重要物种的基因组计划。

p style=" text-align: center text-indent: 2em " img style=" max-width: 100% max-height: 100% width: 562px height: 324px " src=" https://img1.17img.cn/17img/images/202011/uepic/c5bb95ab-d7b9-4050-a3b7-12296053ef62.jpg" title=" 微信图片_20201103135358.jpg" alt=" 微信图片_20201103135358.jpg" width=" 562" height=" 324" / /p p style=" text-indent: 2em " 10月29日，《核酸研究》（Nucleic AcidsResearch）在线发表了国家微生物科学数据中心（中国科学院微生物研究所微生物资源与大数据中心、世界微生物数据中心）团队关于全球模式微生物基因组数据库gcType的文章。gcType是由我国牵头的全球模式微生物基因组测序计划的重要成果。 br/ 模式菌株（type strains）是在给微生物定名、分类记载和发表时，以纯菌状态所保存的菌种，是微生物分类学的标准参考物质，也是理想的生物技术研究工具，具有重要的科研和产业价值。模式菌株长期以来分散在全球各国超过100余个保藏中心，是各个保藏中心甚为珍贵的资源。2018年，微生物所牵头组织发起了全球模式微生物基因组测序计划，从全球微生物资源保藏中心选择目前未进行测序的模式微生物菌株（包括细菌、古菌和可培养真菌），预计5年内完成超过10,000种的细菌、真菌、古菌模式菌株基因组测序，建立全球微生物模式菌株基因组测序合作网络，现已有来自美国的ATCC、日本JCM和NBRC、韩国的KCTC等超过12个国家的26个微生物资源保藏中心正式加入该计划并形成了重要了阶段性成果。目前，国家微生物数据中心（世界微生物数据中心）已经形成了国际引领的微生物大数据平台体系。其中全球微生物菌种目录（Global Catalogueof Microorganism, gcm）集成了来自全球50个国家133个微生物资源中心46万微生物菌种资源数据(Nucleic Acids Res. 2016)，是目前最大的微生物实物资源数据平台。 /p p style=" text-indent: 2em " 全球模式微生物基因组数据库（Global Catalogueof Type Strain, gcType）整合了16701个有效发表的原核生物的超过13 944个基因组数据(Nucleic Acids Res.2020)，是目前在模式微生物基因组方面数据最为全面，功能最为完善的数据平台，为用户提供一站式的数据管理和基因组注释、新种鉴定等分析。 /p p style=" text-indent: 2em " 全球微生物组数据库（The GlobalCatalogue of Metagenomics, gcMeta）整合了超过200TB宏基因组相关数据和超过100个在线数据分析工具及整合的工作流(Nucleic Acids Res. 2019)。国家微生物科学数据中心持续为超过90个国家的用户提供高质量的数据服务，致力于建立国际一流的微生物数据中心。 /p p style=" text-indent: 2em " 国家微生物科学数据中心史文聿博士和孙清岚博士为文章共同第一作者，中心马俊才研究员与吴林寰研究员为共同通讯作者，国内外22个团队共同参与了文章的相关工作。衷心感谢中国科学院国际大科学培育专项计划、科技部国家微生物科学数据中心、中国科学院微生物学科数据中心、中国科学院地球大数据A类先导专项、中国科学院战略生物资源网络计划等项目的长期支持。 /p p br/ /p

p 　　云计算正在成为生物医学界的“宠儿”。——8月14日，北京贝瑞和康生物技术有限公司与阿里云共同向外界宣布双方达成合作，共同打造以海量的中国人群基因组数据为核心的数据云，实现对个人基因组数据的精准解读。 /p p 　　此次，双方共同合作的“神州基因组数据云项目”将首先聚焦于基因组大数据在云平台上的批量计算、分析、存储，进而在基因大数据领域共同进行前沿探索。 /p p 　　“打造基因组大数据，相当于建立了一个中国人基因版的《本草纲目》，将记载中国人群最核心的基因信息、生命信息，为中国人群重大疾病的预测、预防、诊断和治疗奠定基础。它的意义将不亚于《本草纲目》这部东方医药巨典。”贝瑞和康首席生物信息官于福利博士说。 /p p 　　中国是世界出生缺陷率最高发地区之一。每年1600万至2000万的出生人口中，有80万至120万出生缺陷儿。1996年到2010年，中国新生儿出生缺陷发生率增幅达70.9%，每一万名新生儿中就有149.9人患有先天性缺陷。 /p p 　　这一不利的局面将随着“神州基因组数据云”项目的实现得到改观。据了解，贝瑞和康自主构建的中国人群基因组大数据库目前已包含超过四十万份基因组数据。通过对该数据资源的深入挖掘，能够进一步揭示中国人群遗传突变分布，这将极大助益于提升中国人遗传疾病诊断的效率和精准程度。 /p p 　　贝瑞和康作为国际领先的基因测序技术临床转化服务商，致力于为临床医学疾病筛查和诊断提供“无创式”整体解决方案，是无创DNA产前检测和针对肿瘤循环DNA的肿瘤个体化医疗基因检测的行业领导者。 /p p 　　基因测序是一种新型基因检测技术，能够从血液或唾液中分析测定基因全序列，预测罹患多种罕见疾病的可能性，如地中海贫血病。 /p p 　　业内人士指出，随着下一代基因测序、生物质谱和医学成像等医学技术的迅猛发展，大数据浪潮为生物医学带来了前所未有的机遇，将根本性的改变生物医学基础研究和医疗实践，但同时生物医学领域数据爆炸式的增长也对海量数据的存储和分析提出新的挑战。云计算将大量计算资源、存储资源和软件资源虚拟化，形成规模庞大的共享资源池，可以有效解决生物医学对IT资源的弹性需求。 /p p 　　目前，新一代基因测序技术要得到比较准确的信息，一般认为30X 的基因测序深度是必须的，所以一个人的基因组检测大约需要产生 90Gb 的数据。如此大的数据，在一般的电脑或小型服务器上运行起来非常困难。 /p p 　　阿里云是全球领先的云计算服务平台。客户通过阿里云，用互联网的方式即可远程获取海量计算、存储资源和大数据处理能力。根据IDC调研报告，阿里云是国内最大的公共云计算服务提供商。 /p p 　　此次，阿里云与贝瑞和康达成合作，正是基于阿里云批量计算服务的强大能力，利用云计算的优势降低成本，提高数据分析的速度。 /p p 　　阿里云批量计算服务是一种适用于大规模并行批处理作业的分布式云服务，适用于生物基因分析、渲染、多媒体转码、科学计算、金融保险分析等多个行业领域。 /p p 　　阿里云高级专家林河山介绍说，“借助批量计算服务，用户可以调动海量计算资源快速完成基因大数据的处理。批量计算服务提供简单易用的API，允许用户通过有向无环图的方式灵活组建工作流，计算资源管理、作业调度和数据分发由系统自动完成。同时，批量计算服务支持自定义镜像，并允许应用通过网络文件系统(NFS)协议高效访问阿里云对象存储(OSS)上的数据，使得用户原有分析流程可以轻松上云。结合阿里云对象存储，批量计算服务能够帮助生物信息分析专家在云上快速构建大规模基因组学应用。” /p p 　　他进一步说，“此次与贝瑞和康的合作，阿里云将不断优化基于基因组学的云解决方案，以契合医学时代发展的需求。” /p p 　　业内专家预计，双方合作完成的基因组数据云将对中国临床医学的精准诊断，预防和治疗的发展产生深远的推动力。 /p p 　　无疑，借助阿里云的批量计算服务，用户将更便捷、更简单、更迅速完成基因大数据计算，大大降低客户的成本。同样，因为云计算的赋能，为研究人员开展大规模的基因组学研究大开“方便之门”，将催生一批影响人类健康相关的变革性成果。 /p

p style=" TEXT-ALIGN: center" img style=" WIDTH: 450px HEIGHT: 308px" title=" u=2084952100,4214805908& amp fm=21& amp gp=0.jpg" border=" 0" hspace=" 0" src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201508/uepic/4a7be024-3508-421f-812f-92cde5f0bfdf.jpg" width=" 450" height=" 308" / /p p 　　美国农业部国家食品与卫生研究所(NIFA)上周二宣布，将投入2760万美元来通过改善动物生产和健康来支持食品安全的研究。其中包括投入250万美元用于专门开发动物遗传和基因组学的工具和资源。NIFA主任Sonny Ramaswamy在一份声明中说道，我们在农业生产上面临的主要挑战包括极端天气、干旱、水资源的短缺、气候的变化、害虫和全球竞争等，生产商正在寻找可行的解决方案。这些资金可使美国农业部通过提供不仅有营养而且安全和丰富的食物来保持一定的竞争力。 /p p 　　奥本大学获得48.5万美元用于开发鲶鱼全基因组SNP阵列，加利福尼亚大学Davis获得将近50万美元来生成鸡、牛以及猪基因组的全面监管元件，爱荷华州立大学获得35万美元来创建利用不完整基因型数据预测动物基因的计算方法。同时，NIFA将超过45万美元的资金用来支持康涅狄格大学利用合成基因组来研发家禽细菌疫苗的研究，另外Recombinetics生物技术公司获得43万美元的资助，用于评估不同基因编辑技术在无角牛新品种饲养领域的实用性。 /p p 　　该资助属于美国国家食品与卫生研究所的一项食品研究计划，主要是为了支持研究，解决所面临的粮食和农业的问题。根据美国农业部，该项目将推进食品的丰富且安全，“基因组学通过提高动物的生长、繁殖效率以及动物的健康状况来推进精准育种和提高动物的产量。”此外，他们将通过新的疫苗研发、早发现早预防等策略来提高动物的安全卫生性。 /p

5月28日，北京诺赛基因组研究中心(国家人类基因组北方研究中心)、北京师范大学、中国科学院微生物研究所与美国加州大学戴维斯分校在北京师范大学就&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 达成合作协议。据悉，中美双方将共同参与十万食源性病原微生物基因组计划的研发，建立重要的食源性致病微生物基因序列综合数据库，共享未来的研究成果，包括试剂盒、大样本数据分析以及在产业化和商业化中的应用。 　　查找食源性病原微生物基因 　　食源性疾病是食品安全的主要问题，世界卫生组织将食源性疾病定义为：凡是通过摄食进入人体的，引发人体罹患感染性或中毒性的疾病，其中包括由食品微生物污染和化学性物质引起的食源性疾病，微生物引起的食源性疾病是食品安全的主要问题。 　　&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 是由美国食品药品监督局(FDA)支持，美国国家卫生院、农业部、国家疾控中心和欧盟等国家参与，加州大学戴维斯分校牵头的一个国际基因组项目，其目标是通过大规模病原基因组研究，获得新方法新技术，以保证对食品安全问题提供解决方案。此项目是一个里程碑式的大规模研究，于2013年初启动，旨在创建一个包含大多数食源性致病菌基因组的公共数据库。 　　&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 负责人、美国加州大学戴维斯分校(UC Davis)教授Bart Weimer教授在北京接受科技日报记者采访时表示，&ldquo 我们正在创建一个免费的、在线的基因组百科全书或参考数据库，以确保在食源性疾病暴发时，科学家和公共卫生专家可以很快确定致病微生物的种类，并且使用自动化信息处理方法追踪到其在食物供应中的源头。&rdquo 　　中美双方将开展多项合作 　　随着食品供应成为一个全球性的产业，食品安全已成为全球的责任，Bart Weimer教授希望通过全球的合作，为国际公共健康管理带来一种新的模式。他说，该项计划还将彻底改变农业检测中现行的一些方法，以提高对食物链各环节(从农场到餐桌)分子检测的精确性和稳定性。 　　在中国，对于食源性致病菌的基因研究还刚刚开始，北京诺塞基因组研究中心有限公司曾参与2003年全人类基因组测序项目，并一直关注着基因检测领域的研究和发展趋势。此次由该中心牵头，联手中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫重点实验室和北京师范大学生命科学研究院基因资源与分子发育北京市重点实验室三方形成中国科学家团队，与美国加州大学戴维斯分校Bart Weimer博士实验室开展合作研究，将在全球食源性致病菌基因研究中扮演积极的角色，为数据共享、市场开发和技术应用提供有效的应用平台。 　　记者了解到，在&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 签约项目中，中美双方的合作包括以下七大方面：一是中美专家在科学和技术人员之间培训和交流 二是&ldquo 十万病原基因组项目&rdquo 的基因组测序技术在亚洲范围内的扩大合作 三是生物资源的交换 四是项目相关信息和生物信息学的交换 五是联合发表科学出版物 六是争取两国对此合作项目联合资助。 　　中国将建立综合性基因数据库 　　中美合作开展&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo ，对于诺赛基因组研究中心的发展是一次新的机遇。北京诺赛基因组研究中心总经理李秉珅表示，诺赛基因组研究中心最初是为了完成人类基因组计划而建立的，但是随着人类基因组计划的完成，诺赛研究中心的发展亟须新活力的注入，实现体制上的改革与转变。&ldquo 此次国际合作的开展对于诺赛的未来发展意义深远，诺赛将再前期投入500万元用于平台建设和研发需要，我们也期待着政府能够给予项目更多的支持&rdquo ，李秉坤强调。 　　在本次合作中，中国科学院微生物所的主要职责是进行食源性病原微生物的基因测序与收集工作，同时，以高通量测序技术建立和完善生物信息分析平台。中国科学院微生物研究所病原微生物与免疫重点实验室负责人朱宝利教授称,他们将实现对大样本食源性病毒基因的总监控，对外公布基因测序相关数据，并且建立综合性基因数据库。 　　北京师范大学生命科学研究院王英典院长告诉记者，病源性病菌基因数据库的建立对于国家食品安全问题的解决具有重大战略意义。当前，中国市场上食品并未进行食源性病源微生物检测，因此，与美国合作建立病源性基因组数据库，将为粮食安全、食品安全以及环境安全问题提供更加有效便捷廉价的解决方案。北京师范大学将利用&ldquo 基因资源与分子发育北京市重点实验室&rdquo ，与诺赛基因组研究中心和中科院微生物所共同建立技术平台和功能实验室。 　　作为北京市生物医药产业发展的重要平台，北京生物技术和新医药产业促进中心一直承担着引领技术创新，促进国际交流和成果转化的作用，该中心主任雷霆在阐述此次国际合作的意义时指出，中美双方在国际化平台上，将打破原有的研发合作模式，遵循各项法律法规，强调生物材料如微生物分离株、DNA序列及微生物综合数字的转移和共享，同时，对于知识产权将做出合理的界定，为推动基因组测序技术推广、学术交流和人员培训开展更多合作。 　　北京市科委主任闫傲霜对于&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 的国际合作平台的建立给予了积极肯定。她表示，目前的食品安全、土地环境污染以及农业技术的可持续发展都面临着严峻的形势，而基因技术将为上述领域带来跨越式飞跃，尽管现在应用还不很明朗，但是，未来技术产业化和市场空间前景不可预期。她说，&ldquo 北京生物医药产业发展非常强调国际合作，此次与美国加州大学戴维斯分校Bart Weimer博士建立合作，将在创新技术、人才培养、信息资源共享以及企业成果转化上开辟出新的模式。 　　据了解，中美双方关于&ldquo 十万食源性病原微生物基因组计划&rdquo 已正式签订合作备忘录，并制定了合作框架，有望于今年下半年正式开始基因测序样本的研发和数据库建立。

中国科学家31日在青岛宣布，他们绘制完成了牡蛎全基因组序列图谱，这是中国首次发布海洋生物的全基因组序列，也是世界上首张贝类全基因组序列图谱。 　　牡蛎全基因组序列图谱项目首席科学家张国范介绍说，根据绘制成功的牡蛎基因组序列图谱，发现牡蛎基因组由8亿个碱基对组成，大约包含2万个基因，基因组数据支持了海洋低等生物具有高度遗传多样性的结论。 　　据张国范介绍，牡蛎全基因组序列的完成对牡蛎养殖和减少牡蛎所带来的海洋生物污损具有重要应用价值，而且也标志着基于短序列的高杂合基因组拼接和组装技术获得重大突破。 　　牡蛎隶属软体动物门，共100余种，除极地地区的各大洲沿海均有分布，是目前人类世界上产量最大的海水养殖品种，年产值达到35亿美元，中国牡蛎年产量超过海水养殖产量的四分之一。 　　山东省科技厅副厅长李乃胜说，牡蛎全基因组序列图谱的绘制完成，使科研工作者可以在分子水平对生物的目标性状进行预先设计，有效解决常规育种方式中周期长和准确性低的问题，具有里程碑式的意义。同时，随着牡蛎基因组数据的深入挖掘，有可能改变牡蛎生活习性，使其更好地为人类所利用。 　　牡蛎全基因组序列图谱的完成也为研制和生产新材料奠定了基础。科研人员介绍说，牡蛎附着在礁石或者船舶上时的粘度很大，可能是世界上粘度最大的胶体，在牡蛎基因组中找到相关基因后，就可制成粘度很强的新材料。 　　基因组测序项目科技合作伙伴深圳华大基因研究院总监倪培相说，牡蛎全基因组序列图谱的完成也为高杂合物种的基因组测序奠定了基础。 　　张国范说，牡蛎全基因组序列图的绘制完成还可解答一系列科学之谜。&ldquo 例如，为何牡蛎具有极强的繁殖能力，但是绝大部分后代却都在出生后不久就死亡?这可从基因图中找到答案。&rdquo 他说。 　　牡蛎全基因组序列图谱绘制由中国科学院海洋研究所研究员张国范和美国新泽西州立大学教授郭希明于2008年5月发起，并成立了牡蛎基因组计划，历时两年，于今年7月底完成了绘制工作。 　　基因组是生物所携带遗传信息的总和，包括单倍体细胞核、细胞器或病毒粒子所包含的全部DNA分子或RNA分子。 　　人类基因组序列草图于2000年6月完成，发现人类基因由30亿个碱基对组成。从2000年至2009年，完成全基因组测序的物种从42个上升至1100个，每年平均增加118个。 　　目前，中国已完成了水稻、家蚕和家鸡等重要经济种类物种和大熊猫及藏羚羊等濒危物种的基因组测序。

人体组织器官由具有不同细胞类型的异质细胞群组成。传统批量测序（Bulk Sequencing）方法仅能捕获器官与组织群体细胞成分的平均水平，或者只代表其中占优势数量的细胞信息，单个细胞独有的特性常常被忽略。近年来，随着单细胞测序（Single-cell sequencing）技术的发展，实现了单个细胞水平上DNA或RNA的测序，从而能够特异和精准地探索单个细胞的基因变异水平，弥补了传统批量测序的不足[1]。图1. 单细胞测序与传统批量测序比较[1]单细胞基因组测序技术，是在单细胞水平对全基因组进行扩增与测序的一项技术，广泛应用于癌症研究、胚胎发育、辅助生殖、细胞分化、免疫机制、微生物等生物医学方向的研究。本期主要对单细胞基因组测序的技术原理、技术流程、技术平台及其在生物医学领域的应用实例做简单介绍。技术原理单细胞基因组测序的原理是将分离的单个细胞的微量全基因组DNA进行扩增，获得高覆盖率的完整的基因组后进行高通量测序，揭示细胞间异质性的基因信息。技术流程单细胞基因组测序主要包括四个步骤，即单细胞分离→全基因组扩增→高通量测序→数据分析。目前单细胞基因组测序技术的发展依然面临两方面的技术挑战：一是易于分离和操作的单细胞分离工具（即第一步）；二是能够稳定复制单个细胞中微小核酸的方法（即第二步）[2]。2.1 单细胞分离从组织中将单个细胞分离出来是单细胞基因组测序的第一步。目前常用的单细胞分离方法主要有：有限稀释法、显微操作法、流式细胞分选术、激光捕获显微切割技术（LCM）、微流控芯片技术等，表1总结了上述提到的单细胞分离方法的原理和优缺点，在使用时可根据不同的科研需求及样品情况综合考虑选择适宜的分离方法[3,4]。表1. 单细胞分离技术分离方法原理优点缺点有限稀释法对细胞进行一系列的倍比稀释，最终使细胞处于单个状态，理论上每μL约1个细胞，然后用移液器吸取相应容积的细胞悬液进行单细胞分离。操作简便；成本低，一般不需要特殊的设备。分离效率低；需要研究人员排除大量空白孔和多细胞孔，费时费力；细胞分离过程依赖梯度计算，容易出现错误。显微操作法在高倍倒置显微镜下，利用显微镜操作器（手动或自动）实现单细胞分离。能够准确地控制单细胞的吸取与释放；可以从不同的发育阶段或多样化的群体分离单个细胞。通量低，需要大量的起始量；细胞特异性由显微镜决定，并利用微量移液管分离，可能不够准确。流式细胞分选术通过流式细胞仪，根据细胞特异性分子标志物或细胞光散射特性，分选出单个细胞或特殊细胞群，实现单细胞分离。通量高；基于细胞表面标志物的特异标记，能够确保特定细胞的分离；利用荧光标记可分离亚群。无法扩展到大规模项目；且需要流式细胞仪，设备昂贵。激光捕获显微切割技术（LCM）在显微镜下，从冰冻/石蜡包埋组织切片（或细胞固定在装配有可以激光脉冲激活的热塑膜的涂片）中分离某一类型细胞群或单个细胞，实现单细胞分离。无需解离组织，制备细胞悬液；能够直观准确、快速地获取单个细胞或单一细胞亚群；能够保留所分离细胞的完整性。需要适当的组织处理（冷冻保存或固定）；显微切割可能存在挑战；小的细胞可能难以分离；可能存在污染。微流控芯片技术通过微流控芯片隔离流动通道中的单个细胞从而达到单细胞分离的目的。通量高；上样体积小；周期短；可根据细胞表面标志物分离特定细胞。细胞大小必须均匀；消耗品昂贵。2.2 全基因组扩增（Whole-Genome Amplification , WGA）全基因组扩增是单细胞基因组测序的第二步。由于单个哺乳动物细胞中DNA的含量一般少于10pg，达不到测序仪的检测要求，因此在测序之前必须进行全基因组扩增（WGA）以获得足够的材料用于后续的文库制备。目前常用的全基因组扩增方法按原理可分为三类（见表2）[5-7]：基于聚合酶链式反应（PCR）的WGA方法{主要是简并寡核苷酸引物PCR(DOP-PCR)}、多重链置换扩增法（Multiple Displacement Amplification , MDA）和多重退火环状循环扩增技术（Multiple Annealing and Looping-Based Amplification Cycles，MALBAC）等。表2. 全基因组扩增技术DOP-PCRMDAMALBAC原理基于PCR技术，通过加入部分简并的寡核苷酸引物与模板结合来实现扩增整个基因组的目的。基于恒温核酸扩增技术，恒温条件下，使用一条由6个随机碱基构成的随机引物与模板随机退火；紧接着在具有链置换活性的DNA聚合酶作用下发生链置换反应，并最终完成扩增。结合了MDA法和PCR扩增法的特点，即由一组随机引物启动扩增（每个引物具有通用引物序列和随机碱基），随机引物与模板均匀杂交，随后在具有链置换活性的DNA聚合酶作用下发生链置换反应，最终完成扩增示意图特点该方法实现了高度均匀的扩增，产物产量较高，操作较为简单；但仅产生基因组的稀疏覆盖，实验的条件需要较多优化。 MDA可以实现更好的基因组覆盖，产物片段长；但对模板质量要求高，可能产生非特异性产物。一种实现基因组广泛覆盖和均匀扩增的技术，灵敏度高，产物产量高。技术平台：目前，国内外研究机构使用的大规模单细胞测序技术平台主要有五种：Illumina® Bio-Rad® Single-Cell Sequencing Solution、BD Rhapsody™ Single-Cell Analysis System、10x Chromium Single Cell Gene Expression Solution、ICELL8 Single-Cell System和C1™ 单细胞全自动制备系统。国内也有多家企业进军单细胞测序领域，产品包括新格元自动化单细胞处理系统、万乘基因高通量单细胞测序平台、达普生物星海单细胞测序建库系统、墨卓生物高通量单细胞测序平台、德运康瑞痕量单细胞测序平台和原位测序平台等。各个平台各有特点，这里主要简单介绍一下两种应用较多的技术，即10X Genomics 公司的Chromium( 液滴法) 及 BD 公司的Rhapsody( 微孔法)。10x Genomics单细胞测序技术：10X Genomics单细胞测序起源自Drop-Seq技术，应用液滴微流体技术分选单细胞，将单个细胞与含有条形码（Barcode）和引物的凝胶珠一起包裹于油滴中；然后每个油滴中的凝胶珠溶解， 细胞裂解释放mRNA，通过反逆转录产生用于测序的带条形码的cDNA，cDNA在液体油层破坏后进行文库构建，使用测序平台对文库进行测序检测，即可一次性获得大量单细胞的基因表达数据。该平台具有“三高（high）两低（low）”的特点：即通量高，细胞捕获效率高，细胞活性要求高（大于90%），分析时长低，成本低。 图2. 10X Genomics Chromium Controller技术原理示意图3.2 BD Rhapsody单细胞测序技术：BD公司推出的这款Rhapsod™单细胞分析系统采用了Cytoseq分子标签技术，能为单细胞中每个转录本标记特异性分子标签，实现单细胞水平上基因表达谱的绝对定量。同时，将每个细胞标记上特异性细胞标签，实现了高通量平行建库。该技术在基因扩增和后续的测序部分等整体流程与10x Genomics单细胞测序技术相近，主要区别在于起始的单细胞分离和捕获技术。该技术并非基于微流控芯片技术，而是基于蜂巢板技术，基于微孔来保证单细胞的捕获，避免了10x Genomics单细胞测序技术中存在的概率碰撞对捕获效率从影响。细胞悬液经注入孔注入后，自然沉降到反应孔中，随后， 将磁珠同样由注入孔注入，即可在单个反应孔中捕获其中的细胞。微孔和纳米孔方法允许稀释的细胞悬浮液在每孔一个珠子和一个细胞的条件下与寡聚结合珠一起沉降到皮升大小的孔中，从而保证了单孔中是单细胞捕获。 图3. BD Rhapsody技术原理示意图4、应用实例：目前，单细胞基因组测序技术的应用可以归纳为两大类，即应用于人类细胞图谱研究和非细胞图谱研究。单细胞基因组学的优势就在于能够揭示单个细胞的基因结构和基因表达状态，反映细胞间的异质性。自2017年“人类细胞图谱计划”提出以来，单细胞测序技术已陆续揭示了多个组织器官的单细胞图谱，如通过对肾脏肿瘤进行单细胞测序，发现肾肿瘤细胞之间的突变频率和位置不尽相同，每个细胞的突变状态和转录情况也均不相同，表明肾肿瘤更加具有异质性，需要开发更加有效的细胞靶向疗法。2022年发表在Nature杂志上的研究，对人脑血管系统的单细胞图谱进行了分析，描绘出海马和皮质的脑血管细胞组成：内皮细胞、相邻的壁平滑肌细胞 (SMC) 和周细胞、血管周围的免疫细胞和星形胶质细胞等，这些细胞在大脑不同区域存在差异并沿动静脉轴变化，沿动静脉轴的细胞组成异质性产生了大脑健康所必需的功能分段的循环、代谢和渗透特性。揭示了人类大脑血管系统的细胞组成和分子特征，提示了阿尔茨海默病（AD）风险因素在人类中的进化转变，有助于对人类大脑健康基础的了解、疾病机制和治疗靶点的发现[8]。随着单细胞基因组覆盖范围扩大、通量提升以及多组学技术的不断进步，单细胞基因组学技术将为丰富发育谱系树、生殖细胞突变模式、癌症进化、基因组功能和微生物群落的分辨研究等提供策略[9]。参考文献：[1] Xia Y, Gawad C. Bringing precision oncology to cellular resolution with single-cell genomics[J]. Clinical and experimental metastasis, 2022(1):39.[2] Liang J, Cai W, Sun Z. Single-cell sequencing technologies: current and future. J Genet Genomics. 2014 Oct 20 41(10):513-28. doi: 10.1016/j.jgg.2014.09.005. Epub 2014 Oct 18. PMID: 25438696.[3] Wang Y, Navin N. Advances and Applications of Single-Cell Sequencing Technologies[J]. Molecular Cell, 2015, 58(4):598-609.[4] Gross A, Schoendube J, Zimmermann S, Steeb M, Zengerle R, Koltay P. Technologies for Single-Cell Isolation. Int J Mol Sci. 2015 Jul 24 16(8):16897-919. [5] Gawad C, Koh W , Quake S R. Single-cell genome sequencing: current state of the science[J]. Nature Reviews Genetics, 2016.[6] Grün D, van Oudenaarden A. Design and Analysis of Single-Cell Sequencing Experiments. Cell. 2015 Nov 5 163(4):799-810.[7] 徐晓丽 吴凌娟.单细胞全基因组扩增技术与应用.[J]生物化学与生物物理进展 .2019.46(4)[8] Yang A C , Vest R T , Kern F , et al. A human brain vascular atlas reveals diverse mediators of Alzheimer's risk[J]. Nature, 2022, 603.[9] Evrony G D, Hinch A G, Luo C. Applications of Single-Cell DNA Sequencing[J]. AnnualReview of Genomics and Human Genetics, 2021, 22(1).相关会议推荐：第六届基因测序网络会议来袭！六大会场，含单细胞和空间组学会场，点击下图免费报名！点击链接进入会议官网：https://www.instrument.com.cn/webinar/meetings/geneseq2023/

浪潮集团副总裁王恩东(右)与中科院北京基因组研究所副所长于军 　　信息技术对其他产业的影响已不再局限于IT产品和方案的提供了，而是更多地参与到科研、工业和国防领域重大装备的技术上来，其技术的辐射效应日益显现。 　　因生命科学被越来越广泛关注，基因成为全球争抢的宝贵战略资源和财富，而信息技术已成为生命科学发展的核心动力。 　　国产测序仪三年后问世 　　中科院北京基因组所与浪潮&ldquo 高效能服务器和存储技术国家重点实验室&rdquo 成立的&ldquo 中科院基因组所&mdash 浪潮基因组科学联合实验室&rdquo 承担研发的国产第三代基因测序仪预计三年内问世。 　　该产品的成功研制，不仅将填补我国在基因测序基础装备领域的空白，提升自主化水平，同时也将使国内生命科学研究机构能够获得低成本、高效率的测序工具，更有效的开发和利用我国丰富的基因资源，加速我国基因战略的发展，为我国在该领域取得领先优势奠定基础。 　　当前，我国基因研究所目前使用的第二代基因测序仪完全依靠进口，设备价格高昂，国内研究院所在经费受限的情况下，难以获得足够数量的基因测序设备，导致科研进度缓慢。更为严重的是，由于基因资源具有唯一性，国外公司可以利用基因测序设备方面的先发优势，抢先申请基因专利，从而垄断未来全球的基因产业。 　　据中科院北京基因组研究所副所长于军研究员介绍，相比第二代产品1个月以上的测试周期，我国自行研发的第三代基因测序仪几十分钟即可完成一个人的完整基因测序。同时，测试成本也将下降到5000元左右，仅为当前的1%。 　　显然，第三代基因测序仪在成本、速度等方面将取得革命性进展。然而，第三代基因测序仪的研制是一项系统的工程，需要IT、半导体、光学等诸多领域的共同推进。对此，科技部高新司杨咸武副司长说：&ldquo 如何更有效地促进信息技术与基因科学的结合，已成为我国下一步能否在基因科学领域继续取得更好成果，我们基因科学研究能不能持续快速发展的非常关键的因素。&rdquo 　　山东省科技厅副厅长徐茂波认为，不同学科、不同产业之间的技术互联互通，不仅将为生命科学等前沿应用的发展提供深层次的信息化推动，也对国家重点实验室探索技术成果的产业化途径，最大化发挥成果的应用价值具有开创作用。 　　装备制造与信息技术深度融合 　　浪潮集团高级副总裁王恩东认为，第三代基因测序仪不仅仅是一项科研重大装备，也代表着国产IT厂商难得的&ldquo 做大做强&rdquo 的机遇。 　　据IDC报告，截止到2009年第三季度，全球服务器市场已经连续第五个季度收入下滑，今年服务器市场收入下滑的态势已成必然。 　　借金融危机，国际厂商展开了新一轮的全球布局，并购风潮的不断上演使得跨国公司借机进一步完善了产品线，强化了一体化方案提供能力。同时，国际厂商的研发投入不断增加，使其进一步增强了对产业技术的控制力度。以IBM为例，其每年向研发投入资金已超过 60亿美元资金，其中超过50%投入到与 &ldquo 智慧地球&rdquo 相关的研发中，2008年全年，IBM在美国共注册4186项专利，成为美国历史上第一家在单一年度专利注册数量超过4000项的公司。 　　缺乏资本后盾的国产厂商无法单凭收购实现技术和市场的快速扩张。因此，如何增强自身的竞争能力，以便在服务器产业复苏的浪潮之中不被国际厂商远远抛在后头，已经成为每个国内厂商必须要审慎思考的课题。 　　对此，王恩东表示，国家重大装备的国产化与数字化趋势，为国产服务器厂商提供了非常好的发展机会。 　　当前，我国装备制造业与发达国家相比水平低下，严重制约了我国产业结构的升级和产业竞争力的提升，导致全社会固定资产投资中设备投资的2/3依赖进口，在装备上我国每年有数百亿美元的逆差。 　　而随着信息技术的快速发展，装备制造与信息技术的融合已经成为一种普遍现象，重大装备制造的数字化趋势越来越明显。&ldquo 十一五&rdquo 规划中提到了九大高技术产业专项工程，除去IT产业领域内的工程，其他如生物医药、民用飞机、卫星、新材料等专项工程，越来越依赖于如高端计算、海量存储、高速互联等信息技术的突破。信息技术已经超出了业务电子化、网络化、大规模数据处理等常见的形式，正在更加深入的融入到各种产业装备中。 　　信息技术的广泛应用为IT厂商带来了更多的商业机会，除了传统的产品之外，对其他产业领域的技术输出或者技术合作，将成为国产服务器厂商未来新的竞争焦点。

美国人类基因组测序先驱J. Craig Venter将和其新创立的公司Human Longevity Inc.(HLI)进军生物医疗测序领域。HLI是&ldquo 基因组学和细胞的诊断与治疗公司&rdquo ，计划于今年夏季启动，终极目标是推进健康老龄化。 J. Craig Venter(中)希望通过利用基因组学实现对抗衰老的目标。图片来源：Brett Shipe 　　近日，J. Craig Venter研究所创始人兼首席执行官Venter宣布，新公司将以7000万美元的启动资金，建立世界上最大的人类基因组测序中心。Venter称，公司计划从Illumina公司购买20个新的价值百万美元的测序机器。&ldquo 新技术将最终使设备越过质量、体积和成本的障碍，达到我一直期待的效果。&rdquo Venter表示。 　　迄今为止，除了获得将特定肿瘤的基因信息用于预测和治疗的有限成功外，个人基因测序很少能为医生提供清晰的指示。不过通过将&ldquo 一切我们可以测量的信息&rdquo 与临床数据结合，Venter希望最有益的治疗或者预防模式可以出现。&ldquo 基因组学只是全景的一小部分。&rdquo Venter强调。不过，HLI公司计划在开始时每年测序4万个基因组，目标是在5年内达到50万个。 　　一些人担心，Venter试图一下子解决的事情太多。该公司的计划&ldquo 遍布各领域&rdquo ，哈佛大学的George Church说道，其他的商业企业往往更为专注。&ldquo 将大量资源投注于一个领域可以保持竞争力。&rdquo Church指出。 　　&ldquo 测量和建设如此大规模的数据集难度很大，将其进行有效整合的复杂性更大。&rdquo 英国帝国理工学院生物化学家Jeremy Nicholson也持这种看法，&ldquo 在生物学上，这将是一个伟大的科学事业和冒险，但实际上，这就好像是在盲目地攀登珠穆朗玛峰。&rdquo

科技日报讯 （记者赵汉斌）新基因是生物表型进化和物种形成的动力和源泉。记者近日从中国科学院昆明植物研究所获悉，研究人员近期研究发现，基因融合是水稻及其近缘种新基因产生的重要机制，这意味着新基因研究取得了又一项重要进展。相关研究结果发表在著名国际期刊《基因组生物学》上。　　“由两个或两个以上基因形成的融合基因，不仅可以绕过漫长而又低效的位点突变带来的有害步骤，又可以通过序列重排而将远源相关或者不相关的功能结构域进行组合，极易产生新的结构特征和新的功能，从而助推物种的适应性演化。”论文通讯作者之一、中国科学院昆明植物研究所研究员章成君介绍，基于此，由他领衔的专题攻关组自主开发了基于系统发育框架的动态鉴定融合新基因的流程。　　此次研究中，章成君、周艳丽等人利用我国最主要的粮食作物中稻属的多个基因组数据，在最年轻的分支上选取了4个目标物种，共鉴定到310个融合基因。其中粳稻、籼稻、非洲栽培稻和短舌野生稻分别含有80、62、67和43个物种特异的基因。通过基因组重测序分析，他们发现这些物种特异基因在群体中的固定频率分别为31.8%、15.4%、21.5%和93.3%，这可能对物种的适应性演化起着至关重要的作用。　　研究人员进一步以粳稻为例，分析发现约有三分之一的融合新基因与其母基因有相似的表达模式，约三分之一的融合新基因具有分化的新表达模式。用基因编辑技术CRISPR/Cas9敲除实验表明，无论表达模式分化与否，融合基因都能介导表型效应，从而影响物种的适应性。　　此项工作有望在大数据时代为融合基因的研究奠定方法和理论基础，并对未来优质水稻育种产生重要影响。

近日，中国科学院北京基因组研究所运用新一代高通量测序技术以及高性能的生物信息分析，完成了鲤鱼基因组初步测定与分析工作，获得了鲤鱼基因组高覆盖的基因组数据。&ldquo 鲤鱼基因组计划&rdquo 是基因组所与水产生物应用基因组研究中心和黑龙江水产研究所联合开展的研究项目，目前项目进展顺利，是我国鱼类第一个全基因组测序计划，也是世界上第一个鲤科经济鱼类基因组计划。 　　本项目主要依托于基因组所基因组及生物信息学平台第二代高通量测序仪进行测序分析工作，该平台拥有13台新一代高通量测序仪(SOLiD、Solexa和 454测序仪)、3台3730xl，1台3130xl的测序规模，拥有超过10万亿次/秒的计算能力和大于1000TB的存储。目前已经完成部分454shotgun文库段测序，总体数据已经达到4乘的覆盖度，完成部分组织转录组的工作，为基因组注释提供参考。目前该项目正在加紧进行生物信息学的分析，预计将比计划提前完成鲤鱼基因组框架图的工作。 　　科学家希望通过鲤鱼基因组测序及其序列分析，为研究养殖鱼类的生长、发育、繁殖、遗传变异、疾病、与环境的相互用(包括抗逆能力)及其遗传改良提供重要的参考甚至指导信息。通过鲤鱼基因组的研究，可以获得与经济性状相关的基因，与疾病的发生及免疫相关的基因等，为鲤鱼的遗传育种提供基础。 　　随着人和其它主要动植物基因组的破译，模式动物和经济动物基因组计划方兴未艾，越来越多的鱼类被提上议程，世界各国的科学家相继完成了一些鱼类的基因组测序和分析工作，大都以本区域或者本国的鱼类产品为主，例如日本完成的青鳉鱼，挪威和加拿大共同完成的大西洋鲑等。作为我国鱼类中分布最广、品种最多、产量最高的鲤鱼基因组计划的开展，是我国水产科研步入现代科学先进行列的标志性事件，将对我国乃至世界水产业的发展产生重要的影响。

海洋是地球上最大的活跃碳库。海洋微生物在全球碳循环中具有重要作用，而由于大部分海洋微生物尚难以培养、原位代谢功能难以测量等技术瓶颈，关于海洋微生物光合固碳的原位功能机制等重要问题存在争议。中国科学院青岛生物能源与过程研究所与英国牛津大学、英国谢菲尔德大学、山东省海洋科学研究院等合作，基于CO2固定活性靶向性的拉曼分选耦合单细胞基因组（scRACS-Seq）等仪器、手段，揭示了海水中原位进行光合固碳的SAR11类群，并发现它们以视紫红质作为捕光系统来驱动海水中CO2的固定。近日，相关研究成果发表在《生物设计研究》（BioDesign Research）上。　为了识别海洋微生物组中哪些细胞在原位固定CO2，青岛能源所单细胞研究中心高级工程师荆晓艳、助理研究员公衍海和博士徐腾带领的研究组，利用稳定同位素13C标记的无机碳底物饲喂新鲜海水样品，通过单细胞拉曼光谱中类胡萝卜素等色素特征峰的“红移”现象，建立了在免培养前提下原位固定CO2之单细胞的识别和测量流程。基于单细胞中心等研制的scRACS-Seq系统，科研人员建立了针对CO2固定活性等代谢表型的功能靶向性单细胞拉曼分选与测序方法。运用scRACS-Seq体系，该研究在中国山东省青岛崂山湾真光层海水中识别和分选到一系列进行海洋原位固碳代谢的Pelagibacter属单细胞（Pelagibacter属单细胞来自SAR11等类群）。基于SAR11单细胞全基因组序列（覆盖度最高达到100%）的进化分析、基因功能预测与代谢途径重建，研究表明：它们具有完整的类胡萝卜素合成途径，印证了上述单细胞拉曼光谱基于色素峰红移来识别和表征CO2固定活性的原理；发现了基于视紫红质的光激活质子泵系统，包括双加氧酶（Dioxygenase enzyme）、视紫质光敏感蛋白（Proteorhodopsin）、F-型ATP合成酶（F-type ATPase）等关键蛋白；它们拥有大部分进行CO2固定的Calvin-Benson循环途径的基因。研究提示，这些SAR11细胞可能通过基于视紫红质的光激活质子泵系统，来驱动基于Calvin-Benson循环的海水原位固碳。为了验证这一假设，研究将这些SAR11单细胞基因组中四个预测为视紫质光敏感蛋白的基因在大肠杆菌中进行异源表达。结果证实，它们能够合成视紫质且其中的两个基因与GenBank中的基因均无显著同源性，属于一类全新的视紫质光敏感蛋白。因此，这些视紫红质介导的光激活质子泵系统或是SAR11在海水中原位进行光合固碳的能量引擎。SAR11难以培养且研究工具匮乏，但本研究在单细胞精度揭示了SAR11的代谢表型组和完整基因组，从而建立了视紫质光敏感蛋白和海水原位CO2固定之间的功能关联。这一原创的“拉曼介导靶向单细胞基因组”（scRACS-Seq）仪器体系，克服了当前“拉曼介导靶向元基因组”手段通常难以在单个细菌细胞精度获得高覆盖度基因组的瓶颈，因而对于环境中生命暗物质的功能探索和机制解析具有共性的方法学意义。研究工作得到国家重大科研仪器研制项目等的支持。论文链接单细胞精度的海洋微生物组功能靶向性拉曼分选与测序技术（scRACS-Seq）

蛋白质是重要的疾病分子标志物和药物靶标,随着生物质谱技术以及生物信息学的飞速发展,生物大分子及蛋白组学将在后基因组时代独占螯头,开创下一个千亿级蓝海。生物大分子临床质谱（如蛋白组学、核酸检测、质谱成像等）有哪些全新的应用场景？目前已经产生哪些喜人的科研成果？作为蛋白质组学研究的核心工具平台——生物质谱近些年有哪些跨越式进步？展望蛋白组学的下一个阶段,有哪些新的机会？2月25日，在直播间，融智生物董事长、首席技术官周晓光博士将会为您一一解答。时间：2021年2月25日，14:00-14:50主题：后基因组时代的临床质谱生物大分子检测主讲人：周晓光博士 融智生物董事长、首席技术官长按识别二维码报名关于融智生物：融智生物，由资深质谱研发专家创立，是专业致力于生命科学分析仪器设备、耗材及解决方案的研发、生产、销售、服务的国家级高新技术企业，注册资本6000万元。公司在美国波士顿、北京、青岛、深圳和杭州等地布局了研发、生产、应用开发、销售、服务等分中心，与中国农业大学、中国科学院等多家科研机构建立了联合实验室，并承担了多项国家和地方科技创新研发项目。目前已拥有“宽谱定量飞行时间质谱（新一代基质辅助激光解吸飞行时间质谱）”及“微流控芯片核酸快速分析”两大技术平台。扎根国内，放眼国际，成为具有国际竞争力的生物科技企业是融智生物的经营目标，融智生物将持之以恒地为高端生命科学仪器的国产化、国人医疗健康水平的提高做出贡献。

11月29日，国家药典委员会官方网站公示了关于微生物全基因组测序技术指导原则标准草案，公示时间为3个月。详情如下：编号：Fg2022-0216号我委拟制定微生物全基因组测序技术指导原则，为确保标准的科学性、合理性和适用性，现将拟制定标准公示征求社会各界意见（详见附件）。公示期自发布之日起3个月。请认真研核，若有异议，请及时来函提交反馈意见，并附相关说明、实验数据和联系方式。相关单位来函需加盖公章，个人来函需本人签名，同时将电子版发送至指定邮箱。联系人：朱冉、陈蕾电话：010-67079581 010-67079566电子邮箱：zhuran@chp.org.cn通信地址：北京市东城区法华南里11号楼 国家药典委员会办公室邮编：100061国家药典委员会2022年11月29日附件：微生物全基因组测序技术指导原则公示稿.pdf微生物全基因组测序技术指导原则起草说明.pdf微生物全基因组测序技术指导原则 本指导原则对全基因组测序技术用于药品微生物控制给予通用性技术规定，为药用原料、辅料、制药用水、中间产品、终产品、包装材料、环境、设备和人员等药品全生命周期质量控制中微生物精准鉴定、溯源分析和风险识别等提供指导。微生物全基因组测序（Microbial whole-genome sequencing）是指利用高通量测序技术对微生物个体的整个基因组序列进行测定，获取遗传信息的过程。高通量测序技术主要包括：边合成边测序、半导体测序、DNA （Deoxyribonucleic acid, DNA）纳米球测序、连接酶测序等第二代测序技术（又称下一代测序，Next Generation Sequencing）和基于单分子测序（Single Molecule Sequencing）的第三代测序技术。第二代测序技术的基本原理主要是利用物理或酶切的方法将待测样本的基因组打断到1kb以内的DNA片段，在其两端连接特定接头序列后，固定于测序介质中，通过核酸扩增技术，如聚合酶链式反应、等温扩增技术等将待测样本放大收集成库，然后进行平行循环测序。当需要获得微生物样本基因组精细图、完成图时，可采用能够实现大片段测序读长的第三代测序技术。第三代测序技术的基本原理主要有：采用荧光标记脱氧核糖核苷酸，用光学镜头实时记录DNA合成过程中新引入脱氧核糖核苷酸的荧光变化，通过不断地重复合成、成像、淬灭等过程进行单分子荧光测序；或采用电泳技术驱动单个分子逐一通过纳米孔，通过检测不同碱基的电信号，进行单分子纳米孔测序。本指导原则以目前发展成熟、应用较为广泛的第二代测序技术为主要技术手段，对实验室的一般要求、全基因组测序的主要技术指标、技术流程、影响测序结果的主要因素、方法学考察和应用指导等方面进行通用性技术规定。一、实验室的一般要求1.实验场地及人员 开展微生物全基因组测序的实验环境应具备分子生物学实验室的基本条件，并符合相应级别的生物安全等级要求。实验区域一般应设置：试剂储存和准备区、样本制备区、扩增区、核酸测序及分析区，各个区域在物理空间上相互独立，并标识明确；另外，根据使用仪器的功能，相关区域可适当合并。应单向流进入各工作区域，按照试剂储存和准备区、样本制备区、扩增区、核酸测序及分析区的先后顺序进行实验操作。实验区域应定期进行清洁消毒。实验人员应具备分子生物学和微生物学专业背景，或经专业培训。2. 实验仪器实验室一般应具备高通量核酸测序仪、核酸扩增仪、片段分析仪、核酸定量仪、生物安全柜、混匀器、高速离心机、水浴或加热模块、冰箱、微量加样器等分子生物学检验常用仪器设备。影响测序质量的仪器设备应定期进行性能确认和维护，以保证仪器处于良好的运行状态。3. 实验试剂除另有规定外，所有实验使用的试剂均应不含DNA和DNA降解酶，宜大体积配制、小体积分装，并保证试剂的无菌性，必要时可采用高压灭菌或0.22 μm孔径滤膜过滤除菌。用于核酸扩增的相关试剂应避免反复冻融。关键试剂应制定质量控制程序，以确保试剂质量。采用适宜的商品化试剂或试剂盒进行核酸提取、文库构建和核酸测序时，应按照说明书操作，并符合说明书中的质量控制要求。二、全基因组测序的主要技术指标1. 测序通量测序通量是指单次测序可获得序列信息的基因片段数量或可测定的DNA （以碱基表示）数量。核酸测序仪器的测序通量直接关系到测序输出的数据量。微生物的基因组DNA较小，但不同种属之间变化幅度较大，如：葡萄球菌属、埃希菌属、假单胞菌属、沙门菌属等常见细菌的基因组DNA大小约3～6 Mbp；酵母菌的基因组DNA大小约12～16 Mbp；典型致病霉菌的基因组DNA通常大于30 Mbp。在进行微生物全基因组测序时，应根据待测样本基因组大小、样本数量等实际需求，选择适宜测序通量的测序仪器和配套试剂，保证测序结果的准确性。2. 碱基识别质量碱基识别质量是衡量碱基正确识别的概率（通常以数字值直接表示）。碱基识别质量与碱基识别错误率之间的关系为：Q=－10lg P（Q为碱基识别质量，P为碱基识别错误率）。Q=20代表碱基识别正确率≥99%；Q=30代表碱基识别正确率≥99.9%。高通量测序仪器应能自动判读碱基识别质量。三、 技术流程 全基因组测序的一般流程包括：测序样本的获得、测序文库的构建、全基因组测序和数据分析等。1. 测序样本的获得 全基因组测序主要用于待测微生物的核酸序列测定。待测微生物应进行分离纯化，以获得生长状态稳定的纯培养物，可参考“微生物鉴定指导原则”（通则9204）。分离纯化后的纯培养物应采用适宜的方法，可参考“细菌DNA 特征序列鉴定法”（通则1021），获得浓度、纯度和完整性良好的基因组测序样本。2. 测序文库的构建 测序文库是指将基因组样本随机打断后，在其两端加入特定接头序列（adapters），并经过大规模平行扩增，形成的DNA片段集合。测序文库中样本的核酸浓度、纯度、片段的大小分布等因素，都会影响测序输出的数据量和碱基识别质量。应对构建的测序文库进行纯化、定量、均一化处理，使文库中各待测样本的浓度保持均等；必要时，采用凝胶电泳或毛细管电泳等方法检测文库的质量。3. 全基因组测序 将测序文库中的待测样本固定在测序介质中，通过特定接头序列，将测序引物与待测核酸序列进行结合。加入底物脱氧核糖核苷酸，在DNA聚合酶作用下，使结合在待测核酸序列上的测序引物进行延伸，并利用信号收集器采集信号，包括但不限于光信号、电信号或离子信号等，通过信号分析软件对采集到的信号进行分析，获得待测样本的碱基序列信息，以及物理通量、有效通量、测序读长、测序深度、碱基识别质量等参数。4. 数据分析 采用适宜的序列分析方法和软件，对得到的核酸测序下机数据进行序列拼接，最终获得待测微生物样本的全基因组序列信息。四、 影响测序结果的主要因素 1. 待测样本核酸质量 应采用适宜的方法提取待测样本的基因组DNA，并保证提取的基因组DNA 在适宜的浓度和纯度范围内，无蛋白、多糖等污染。一般情况下，核酸浓度宜不低于10 ng/μl，A260/A280比值宜在1.8～2.0之间。核酸浓度较低，或发生降解等导致质量不佳的情况，可导致基因组DNA片段化不完全，影响文库质量，进而影响测序深度和测序结果。2. 测序文库质量 应对测序文库进行质量控制。当测序文库中包含多个待测样本时，不同样本的核酸浓度应基本一致，保证测序后的输出数据量均匀稳定。推荐采用荧光分析法定量检测不同样本的基因组DNA浓度，测序文库制备完成后，采用适宜的稀释倍数，确定上机测序文库的浓度。3. 测序深度 测序深度是指待测样本中某个指定核苷酸被检测的次数。一般高通量测序仪器输出的测序深度指待测样本基因组序列中核苷酸被检测次数的平均值。测序深度与基因组覆盖率之间是正相关，测序深度越大，重复测序次数越多，待测样本基因组覆盖率越大，测序带来的错误率也会随着测序深度的提高而降低。一般而言，基因组测序深度应不少于50倍；建立全基因组序列参考数据库时，测序深度应不少于100倍。4. 碱基识别质量 碱基识别质量是评价测序结果准确率的重要因素。根据核酸测序仪器的正常运行参数，单个样本的核酸测序的结果应保证Q20≥80%或Q30≥70%；也即测序数据中80%及以上的碱基正确率大于99%，或者70%及以上的碱基正确率大于99.9%。五、 方法学考察 除考察影响测序结果的主要因素，包括：待测样本核酸质量、测序文库质量、测序深度、碱基识别质量等，还应进行相应的分析方法学考察；可在测序过程中增加已知序列的参考品，评估测序仪器性能，以保证全基因组测序结果的准确性和重现性。六、 应用指导 微生物全基因组序列能够提供全面丰富的遗传信息，通过全基因组序列的比对分析，可以实现待测微生物，包括：标准菌株、模式菌株、质控菌株、生产检定用菌（毒）种、益生菌等，以及从药用原料、辅料、制药用水、中间产品、终产品、包装材料和环境等中检出污染微生物等的精准鉴定、溯源分析以及风险评估等。精准鉴定当基于常规生化筛选、表型和基因型鉴定方法无法获得待测微生物样本准确的鉴定信息时，可利用全基因组测序技术获得更加精准的鉴定结果或遗传变异信息等。全基因组序列分析还对研究微生物的系统进化具有重要价值，有助于新种或亚种的发现和遗传分类单元的系统发育解析，提高对新种或亚种的生物学认识。溯源分析当出现无菌试验结果阳性、培养基灌装等模拟工艺失败、生产过程严重异常事件时，如常规基因型鉴定方法无法提供足够的分辨力，可在获得菌种鉴定信息的基础上，采用全基因组测序技术对目标微生物以及相关环节中分离的同种微生物进行全基因组序列的同源性分析，结合污染调查信息，实现目标微生物的溯源分析风险评估全基因组序列包含了微生物菌株全部的遗传信息，基于全基因组数据分析还能够用于毒力、耐药以及其他基因的功能分析与表型预测，为开展微生物的风险评估分析提供参考依据。起草单位：上海市食品药品检验研究院联系电话：1800677839复核单位：中国食品药品检定研究院、天津市药品检定研究院、辽宁省药品检验检测院参与单位：浙江现代生物技术发展中心、中国工业微生物菌种保藏中心

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p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体,SimSun " 国家生物信息中心（CNCB）/国家基因组科学数据中心（NGDC）首批自主收录的5株2019新型冠状病毒基因组序列实现与美国NCBI核酸数据库GenBank数据同步与共享。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体,SimSun " CNCB/NGDC建立的2019新型冠状病毒信息库（2019nCoVR）已汇交并整合全球范围内产出的82株病毒的87条非冗余基因组序列信息，是目前收录2019新型冠状病毒基因组数目最多的数据库。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体,SimSun " 为了进一步扩大2019-nCoV基因组序列应用范围，CNCB/NGDC与国际生物信息数据库建立了数据同步共享机制，第一批自主收录的5个2019-nCoV全基因组序列（序列编号为GWHABKF00000000-GWHABKJ00000000）已经在NCBI发布。通过共享机制，国内研究人员只需将数据递交一次，即可实现数据在CNBC/NGDC和NCBI同时发布。 /span br/ /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体,SimSun " 据悉，从2020年1月以来，陆续有30余株2019新型冠状病毒的基因组序列被国内外科学家破译，绝大部分数据都递交到由德国建立的全球流感序列数据库（GISAID）系统。而2020年1月22日，我国搭建的新型冠状病毒信息库正式上线。国家生物信息中心/国家基因组科学数据中心一直致力于构建国家级组学数据存储与共享公共平台，力争第一时间为国内乃至全球科学家提供基因组数据的存管用服务。此次疫情爆发后，新型冠状病毒信息库上线，保持该病毒基因组数据发布动态，持续为国内外科研人员提供方便快捷的数据检索及下载资源。 /span /p p style=" text-indent: 2em " span style=" font-family: 宋体,SimSun " & nbsp /span /p p br/ /p

p & nbsp & nbsp & nbsp & nbsp 《自然-生物技术》日前在线发表一篇论文，介绍了一种纳米孔装置。该装置仅有一个口袋大小，却可以测序和从头组装人类基因组。该研究报告了迄今为止最连续的人类基因组组装且仅使用了单一测序技术。 /p p 　　理解和解读人类基因组是现代医学的基石，人们一直希望可以尽可能多地测序基因组。此前，受速度、成本和测序系统有限等多种因素影响，这项工作令人望而生畏。虽然测序技术已有所改进，但要快速、低成本地组装人类基因组并保证高准确度和完整性，依然颇具挑战。 /p p /p p 　　为此，英国诺丁汉大学研究人员采用了一种便携式生物纳米孔测序仪，对人类GM12878细胞系基因组进行测序和组装，生成了91.2Gb的序列数据。利用这一方法，单个读长可长达882kb，使研究者能够分析过去利用最先进的测序方法也分析不了的人类基因组区域。填补了相关空缺，并提高其准确性。 /p p 　　据悉，“读长”指的是测序反应所能测得序列的长度，如果DNA序列长度高于“读长”，那么必须把DNA序列分割成长度在“读长”以内短序列才能测序。较长的“读长”，体现了测序技术的优势。 /p

近年来，全基因组关联研究（Genome Wide Association Study，GWAS）被广泛应用于人类遗传学研究，发现了众多疾病的大量遗传易感基因/位点。对前期GWAS发现的遗传易感基因/位点进行精细定位，应用测序等技术搜寻疾病的罕见变异和突变，同时深入开展功能学研究，揭示出其在疾病发生、发展中的作用机制，进而推动转化医学的发展，显得尤为重要。为进一步探讨疾病基因组学研究，加深人类对自身疾病的认识，推动疾病发病机制研究，《自然遗传》（Nature Genetics）与安徽医科大学再度共同主办&ldquo 第二届疾病基因组学研究国际论坛&rdquo ，兹定于2012年5月17-19日在杭州黄龙饭店举行。 　　博奥生物凭借高质量的全方位服务平台，为研究人员提供了GWAS的一站式解决方案，支持客户发表了多篇高水平研究文章。其中2011年已发表SCI文章142篇，影响因子在5分以上的高档次文章达30篇。在此次疾病基因组学研究国际论坛中，博奥生物将全面展示在基因组关联研究中雄厚的科研实力，为国内外研究人员提供一流的服务。

“最近，这种菌都脱销了，订单有两厘米厚。”中国普通微生物菌种保藏管理中心(CGMCC)高级工程师辛玉华近日在接受《中国科学报》记者采访时说。她所说的菌叫作格氏嗜盐碱杆菌。自河北科技大学副教授韩春雨因利用该菌实现基因组编辑技术NgAgo-gDNA而出名之后，这种在保藏室里睡了20年“大觉”的古菌也跟着火了。　　据透露，该菌种是1996年由中科院微生物所老所长周培瑾从苏格兰交换到中国的，其最先分离自肯尼亚马加迪湖。这种菌只是CGMCC保藏的数千种微生物中的一员。通常，它们或是通过真空冷冻干燥法，或是通过-190℃左右的液氮超低温冻结法处于休眠状态，其中一些甚至已在冷藏室中睡了半个多世纪。然而，一旦有需求，它们就会被唤醒并投入工作。　　“CGMCC就像一个‘生物银行’，通过整合大家的力量，汇集研究中获得的各种微生物菌种，并将其功能转变为生物技术服务于社会。”微生物所副所长东秀珠对《中国科学报》记者说。　　生命的“银行”　　据悉，目前CGMCC保存的各类微生物资源超5700种，5万多株。它们按保藏形式可分为公开、非公开以及专利程序保藏等。“若从专利微生物保藏数量来看，我们的保藏量已超过1万株，在全球位居第2位。”辛玉华说。　　与其他知识产权专利不同，微生物是唯一一种可通过专利保护的生命形式。过去几年来，我国专利微生物年保藏量增长速度一直位居世界第一。若加上武汉大学典型培养物保藏中心(CCTCC)的相关数据，我国在78个《国际承认用于专利程序的微生物保存布达佩斯条约》签约国中，保藏量已仅次于美国。　　“CGMCC是公益性机构，一株菌只有500～1000元，不仅价格不贵，而且质量有保证。”东秀珠说。否则，如果科研人员自己分离菌种，在国际上得不到承认就会造成麻烦 同时，新微生物物种也需要经过权威鉴定、保藏才能在国际期刊生效发表，而CGMCC就具有这样的权威性。　　该中心可保证微生物不会死、不被污染、避免退化。以放线菌为例，东秀珠介绍说，临床所用抗生素药物的70%来自微生物中的放线菌，而这类细菌在生产中最怕传代，因为反复传代就会退化。而该中心已经保藏了7000余株状态良好的放线菌。　　战略性宝藏　　关于菌种保藏的意义，东秀珠给记者讲了一个故事。聚合酶链式反应(PCR)就像“DNA复印机”一样，能实现体外DNA扩增，对分子生物学具有划时代的意义，美国生化学家凯利?穆利斯也因发明该技术获得了诺奖。但穆利斯一开始使用的大肠杆菌DNA聚合酶不耐高温，每次循环都要重新加入，非常麻烦。后来，他从美国生物保藏中心找到产生耐高温Taq酶的嗜热微生物，才使PCR广泛应用。　　目前，CGMCC已经汇集了我国(除高致病菌外)80%的微生物物种。随着知识的积累，很多微生物正在被“唤醒”，并在各个领域一展身手。　　例如，抗癌药物紫杉醇来源于生长速度缓慢的红豆杉，但若将其基因放在微生物中生产该蛋白并合成药物，就能大批量快速生产 生产汽车轮胎需要大量橡胶树，微生物所研究人员已在CGMCC找到了相应的微生物前体 该所研究人员还筛选制备了可用于多种青草的青储饲料菌剂，促进了西部数省畜牧业的发展。　　此外，CGMCC还打造了一支以博士牵头的技术团队。“他们一半时间做管理，一半时间做科研，不断提高保藏技术并满足日益提升的科研需要。”东秀珠说。正因如此，很多国家级微生物项目直接落到了该中心的头上。比如，环保部指定CGMCC为进口环保菌剂的鉴定部门。国家质检总局、中国海关等也在技术层面与中心合作，建立检疫性真菌检测的国家标准。　　支撑未来发展　　今年5月，美国宣布启动“国家微生物组计划”，这是继2012～2014年美国在微生物学研究领域投资9.22亿美元之后的又一重大举措。目前，在微生物所科学家的倡导下，我国正在推进微生物组研究计划，竞争国际微生物领域战略高地。东秀珠认为，CGMCC必将发挥更大的支撑作用。“微生物资源是生物技术创新的重要源泉。未来，微生物资源保藏一定要保证，这个要是丢了，几代人都积攒不起来。”她严肃地说。　　“至今为止，地球上99%的微生物我们还不知道如何培养。”东秀珠说，“只有经过培养，才知道它们适宜什么样的环境，能够做什么，也才能实现利用，所以未来发展空间很大。”　　好消息是，当前我国专利微生物菌种年保藏量每年都达到4位数。不仅如此，2011年，世界微生物数据中心(WDCM)作为我国生命科学领域的第一个世界数据中心从日本落户中国，也体现了我国在微生物研究领域的竞争实力。　　然而，我国生物保藏仪器设备研发却依旧存在短板。作为全国最先进的微生物资源服务中心，CGMCC有着全世界一流的实验设备，然而记者在实验室里看到，诸如氨基酸分析仪、紫外可见分光光度计、变性高效液相色谱仪等必备高端设备均产自德国、美国、日本，而国产的仅有普通冰箱、电磁炉、色谱仪等低端设备。“我们的工业制造确实需要提升，否则怎么竞争?”辛玉华说，当前我国在科研设备方面尤其需要自主创新。

抗生素耐药性（AMR）在人类、环境和动植物间的传播，加剧全球“One Health”的负担。土壤是“One Health”的关键环节之一，所携带的抗生素耐药性可通过食物链等方式转移至人类而带来健康威胁。土壤中栖息着地球上最丰富多样的微生物，其中活性耐药菌在驱动土壤耐药性传播中具有关键作用。然而，由于高达99%的土壤微生物不可培养，针对土壤原位活性耐药菌的探索较少，土壤中抗生素耐药性风险的研究面临挑战，阻碍了AMR环境行为及阻控策略的发展。　　虽然分子生物学技术提升了我们对土壤微生物组和抗性组的认识，但基因信息仅反映耐药潜力而非耐药表型，且不能区分胞外、死亡或休眠菌的DNA，因此难以解析具体发挥作用的耐药微生物，影响AMR健康风险的精确评估。基于培养的方法仅能关注少数可培养的指示菌，忽视了土壤中大量未培养菌的贡献。因此，亟需开发合适的技术手段，从表型和基因型两个层面全面解析土壤中重要的活性耐药菌。　　中国科学院院士、中科院城市环境研究所研究员朱永官团队在《美国国家科学院院刊》（PNAS）上，发表了题为Active antibiotic resistome in soils unraveled by single-cell isotope probing and targeted metagenomics的论文。该研究通过发展单细胞拉曼-稳定同位素标记和靶向宏基因组联用技术，示踪了土壤原位活性抗生素耐药菌，量化了其表型耐药水平，并结合单细胞靶向分选与测序揭示了土壤高活性耐药菌的抗性组和移动组。朱永官团队长期致力于环境耐药性研究，并在“One Health”的背景下提出监测和防控抗生素耐药风险的方法理论框架。　　该研究利用单细胞拉曼-重水同位素标记技术，针对土壤的复杂性以及对抗生素有效性的影响，通过优化抗生素剂量、孵育时间、采谱深度，建立了准确示踪土壤活性耐药菌的单细胞方法与判别标准，利用土壤原位环境的多种已知抗性菌和敏感菌，对方法在不同土壤和不同机制抗生素的普适性和准确性进行交互验证，将方法从简单的临床耐药菌的研究拓展至包含大量未培养菌的复杂土壤环境。　　利用该方法，研究在单细胞水平和表型层面克服培养限制，直接示踪和定量了土壤原位活性耐药菌的丰度和活性水平，揭示了人类活动（如农业耕种和污染排放）显著增加土壤的表型耐药水平。由于高代谢活性耐药菌对AMR环境传播的重要作用，研究进一步提出将表型耐药水平作为环境AMR风险评价的新指标，改进了长期以来AMR风险评价仅有基因信息而无耐药表型信息的境况。　　该研究针对拉曼技术识别具有潜在健康风险的高度活跃土壤耐药菌，利用单细胞分选与靶向宏基因组测序技术，鉴定出多数高表型耐药菌属于之前难以研究的未培养菌以及一株新型的抗生素抗性病原菌，证明了土壤未培养菌是AMR的重要宿主。科研团队在单细胞水平破译了活性耐药菌携带的抗性基因、毒力因子、可移动遗传元件（包括质粒、插入序列和前噬菌体）。该工作将多种抗生素耐药表型和多种基因型关联，为剖析环境中大量未培养耐药菌提供了崭新的方法。　　该工作发展的单细胞拉曼结合靶向宏基因组的方法，为复杂环境耐药研究提供了新手段，深化了科学家对土壤活性抗生素耐药性的认知。该方法可广泛用于其他生态系统，并对在“One Health”框架下推进环境耐药性的风险评估与制定防控策略具有重要价值。研究工作得到国家自然科学基金优秀青年科学基金项目、创新研究群体项目、面上项目，以及中科院基础前沿科学研究计划“从0到1”原始创新项目的支持。

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从人类基因组草图到完全图谱——论基因组重复片段研究作者：李东卫，张玉波（中国农业科学院农业基因组研究所，“岭南现代农业”广东省实验室，深圳 518120）2001年发表的人类基因组草图并没有包含全部的基因组序列，直到二十年后，科学家们才正式宣布完成了人类全序列基因组图谱，这其中主要的技术障碍就是重复片段的测序工作。重复片段（segmental duplications，SDs）是指广泛存在于基因组中的大于1 kb且序列相似性超过90%以上的大片段。它们可以通过基因组重排及拷贝数变异产生新基因和驱动进化，其大量存在于子端粒中，并与哺乳动物细胞复制性衰老以及癌症等重要生物学过程密切相关，一直以来备受科学家关注。但是其序列特点使得常规的测序技术难以完全准确测出全部序列，是基因组组装工作的一个难点。人类基因组全图谱的完成将重复片段在生物体进化、延缓衰老、疾病治疗等方面的研究提供基础。本文将就重复片段的重要性，研究的技术难点，研究现状以及未来展望等方面展开论述。重复片段的重要性重复片段是基因组中序列高度相同的大片段，具有广泛的结构多样性。它们占人类参考基因组（T2T-CHM13）中的7.0%，长度为218 Mbp[2 ]，在中心体及子端粒区域富集高达10倍。中心体所包含的5个典型重复为：α卫星，β卫星，CER卫星，γ卫星，CAGGG重复，以及重复子4。子端粒所包含的典型重复为：端粒相关重复（TAR）以及传统的（TTAGGG）n重复[4 ]。重复片段可以介导染色体重排，使常染色体和异染色体之间通过同源重组产生镶嵌类型的重复的染色质[5 ]。在最近新鉴定的人类重复片段中，Mitchell R等预测了182个新的候选蛋白编码基因，并使用T2T-CHM13基因组重构了重复基因（TBC1D3，SRGAP2C，ARHGAP11B），这些基因在人额皮质增生中具有重要作用，揭示了重复片段结构在人和他们近亲物种之间的巨大进化差异[6 ]。大量的染色体子端粒区含有重复片段[8 ]。复制性衰老被认为是一种抗癌机制，限制细胞增殖。长寿的有机体经历更多的细胞分裂，因此具有更高的产生肿瘤的风险。端粒酶能够增加端粒的长度，促进癌细胞不断增殖，因此长寿动物体细胞倾向于抑制端粒酶的活性，从而抑制肿瘤发生的风险[10 ]研究难点：大片段长度、多拷贝数、序列高度相似 重复片段的大的片段长度，多拷贝数以及序列的高度相似是长期以来其研究的难点。各种测序技术的发展致力于解决这个问题。重复片段长度范围是1到400 kb [12 ]。而且，标准的长读段校正工具，例如MUMmer 或Minimap2不能够有效的捕捉低相似的重复片段，也经常将重复片段与其它调控元件混淆[14 ]，为重复片段的研究带来机遇。尤其是PacBio的HiFi读段，具有长读段的同时还具有较高的准确度。但是，很多重复片段的长度要比HiFi读段的平均长度要长，因此很难完全准确的进行组装[3 ]。染色体重排，尤其是染色质断裂常发生在高GC区域[16 ]。同时，在T2T-CHM13基因组基础上，Mitchell R等首次进行了全基因组重复片段的研究。与当前人类参考基因组（GRCh38）鉴定的167 Mbp复制片段相比，鉴定了更多的（218 Mbp）非冗余重复片段（图2 a, b）。新发现91%的重复片段能更好地代表人的拷贝数，通过与非人灵长类基因组相比，前所未有的揭示了人类和其它近亲在重复片段结构中的杂合性以及广泛的进化差异[17 ]。图2 T2T-CHM13中新鉴定的染色体内（a）与染色间（b）的重复片段[1 ]。利用重复片段解析衰老机制未来可期新组装的T2T-CHM13的拷贝数比GRCh38高9倍，因此它能更好的呈现人类拷贝数变异。通过鉴定新基因的拷贝数变异，可筛选相应的药物治疗靶点。例如，CHM13鉴定到LPA、MUC3A、FCGR2基因的拷贝数变异与疾病相关[1]。此外，对于尚具争议的疾病标志基因，例如乳腺癌中ESR1 基因[18]，可以通过CHM13对其进行分子进化分析，进而鉴定其突变和扩增，确定其在乳腺癌中的作用。尽管端粒作为抗衰老靶标已研究多年，但是端粒长短变化与复制性衰老的关系仍不清楚。细胞减数分裂过程中端粒变短的机制是什么？重复片段拷贝数变异与端粒变短有无相关性？很多研究已证明端粒酶具有延长端粒长度的作用，具体的机制是什么？这些问题因此前端粒不能被准确测序而长期未解决。现在，人类基因组完全图谱已基本实现，相信这些谜团会很快解开。未来可以根据人类年龄增长过程中端粒重复片段的拷贝数变异，解析其抗衰老的机制。通过人为干预其拷贝数，可能用于探索生命的极限。1. Vollger MR, Guitart X, Dishuck PC, Mercuri L, Harvey WT, Gershman A, Diekhans M, Sulovari A, Munson KM, Lewis AM et al.Segmental duplications and their variation in a complete human genome. bioRxiv.2021:2021.2005.2026.445678.2. Prodanov T, Bansal V.Sensitive alignment using paralogous sequence variants improves long-read mapping and variant calling in segmental duplications. Nucleic Acids Research.2020 48(19).3. Bailey JA, Yavor AM, Massa HF, Trask BJ, Eichler EE.Segmental duplications: Organization and impact within the current Human Genome Project assembly. Genome research.2001 11(6):1005-1017.4. Courseaux A, Richard F, Grosgeorge J, Ortola C, Viale A, Turc-Carel C, Dutrillaux B, Gaudray P, Nahon JL.Segmental duplications in euchromatic regions of human chromosome 5: a source of evolutionary instability and transcriptional innovation. Genome research.2003 13(3):369-381.5. 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Rhie A, McCarthy SA, Fedrigo O, Damas J, Formenti G, Koren S, Uliano-Silva M, Chow W, Fungtammasan A, Kim J et al.Towards complete and error-free genome assemblies of all vertebrate species. Nature.2021 592(7856):737-+.16. Nurk S, Koren S, Rhie A, Rautiainen M, Bzikadze AV, Mikheenko A, Vollger MR, AltemoseN, Uralsky L, Gershman A et al.The complete sequence of a human genome. bioRxiv.2021:2021.2005.2026.445798.17. Zhu Y, Liu X, Ding X, Wang F, Geng X.Telomere and its role in the aging pathways: telomere shortening, cell senescence and mitochondria dysfunction. Biogerontology.2019 20(1):1-16.18. Tabarestani S, Motallebi M, Akbari ME.Are Estrogen Receptor Genomic Aberrations Predictive of Hormone Therapy Response in Breast Cancer? Iranian journal of cancer prevention.2016 9(4):e6565.

叶绿体是植物将光能转化为化学能的重要细胞器，具有独立的基因组。自植物叶绿体基因组被发现以来，被广泛应用于植物系统进化关系研究、光合作用调控机制研究、叶绿体基因工程等方面。随着基因测序技术的发展，尽管已发布了海量的植物叶绿体基因组序列，但如何整合应用这些数据目前仍面临数据命名标准不统一、数据信息不全以及较高经济价值的物种尚未进行测序等问题。　　近日，中国科学院北京基因组研究所（国家生物信息中心）国家基因组科学数据中心章张、宋述慧团队，联合中国中医科学院中药资源中心袁媛、黄璐琦团队，开发了迄今为止物种数量最多的叶绿体基因组综合数据库Chloroplast Genome Information Resource（CGIR ）。CGIR收录了来自11,946个物种的19,388条叶绿体基因组序列，包括利用全国第四次中药资源普查标本自测的718种未发表的叶绿体基因组序列，按照基因组（Genomes）、基因（Genes）、微卫星序列（SSRs）、DNA条形码（Barcodes）、DNA特征序列（DSSs）五个功能模块对数据进行组织与管理。相关研究成果以Towards comprehensive integration and curation of chloroplast genomes为题，发表在Plant Biotechnology Journal上。　　根据生物物种名录（The Catalogue of Life），经过大规模人工审编，CGIR对所收录叶绿体基因组的物种分类信息进行审编，按照纲、目、科、属、种不同分类层级进行整理，并依据权威植物研究机构邱园发布的世界功能植物名录（World Checklist of Useful Plant Species）对药用植物、食用植物、环境植物、能源植物、有毒植物、能源植物等进行标注。同时，CGIR审编修正基因名的不规范命名、异名、错误注释等情况。在此基础上，CGIR系统整理各基因组的基因注释信息，为用户检索、浏览和信息获取提供便利。　　针对分子标记开发这一叶绿体基因组最为常见的应用情景，CGIR使用生物信息学方法计算了所收录叶绿体基因组的微卫星序列、DNA条形码和DNA特征序列三种不同类型分子标记信息，同时，开发了相应的树型视图方便用户根据分类层级信息快速寻找目标标记，简化了科研人员开发分子标记的流程。　　CGIR通过自主测序、整合公开基因组资源和人工数据审编向用户提供了目前最全面、物种数量最多的叶绿体基因组数据。经审编的物种分类、物种功能、基因名称与序列、分子标记等保证了数据的高度可靠，对植物系统发育、物种鉴定、叶绿体基因工程的发展均具有重要意义。　　研究工作得到科技基础资源调查专项、中国中医科学院科技创新工程项目、中央本级重大增减支项目“名贵中药资源可持续利用能力建设项目”的支持。　　论文链接 CGIR数据处理示意图及主要功能模块的数据统计

本文作者基因组学科技工作者田埂，原文题目&ldquo 写给人类基因组计划完成十五周年：从一个人的基因组计划到精准医疗&rdquo 。 　　&ldquo 美国总统克林顿于当地时间26日上午10时在白宫举行的记者招待会上郑重宣布，由一批国际科学家组成的人类基因组研究计划已经完成人类基因组草图。英国首相布莱尔以卫星电视的形式参与了这个发布会。克林顿在评价这一历经10年时间完成的科学成果的深远意义时说，&lsquo 人们将世世代代记住这一天&rsquo 。他感谢美国、英国、德国、日本、中国和法国的上千名科学家为取得将这一开辟新纪元的成果所作出的贡献。&rdquo 　　田埂教授 　　刚刚看到这个2000年6月26日的新闻，突然发现不知不觉时间已经过去了15年。那个时候人们对刚刚完成的人类基因组草图充满了期盼：通过人类基因组信息帮助人们克服疾病，达到人们的终极健康长寿的需求。 　　在人类基因组计划完成的这15年里，那些主要参与国美国、英国、中国都发生了什么? 　　15年后的今天人们所能感受到的人类基因组计划的影响究竟是个什么样子? 　　未来的人类基因组研究和应用在往哪个方向发展? 　　15年后的今天，人们依然充满了期望。 　　美国在人类基因组计划完成后的变化 　　人类基因组计划组织和塞雷拉基因组公司兵分两路 　　在美国，人类基因组计划完成以后，原先竞争的两大阵营：人类基因组计划组织和塞雷拉基因组(Celera Genomics)公司，分别走向了两个方向：人类基因组计划原先的参与Whitehead Institute(后来的著名的Broad Institute)、美国能源部基因组中心、华盛顿大学医学基因组测序中心、贝勒大学医学基因组测序中心等11个基因组中心继续开展各类大型的基因组研究计划 塞雷拉基因组公司，则转向了心血管病和个体化医疗管理等商业方向。 　　可以说美国的人类基因组研究有一个贯穿始终的目的，就是将人类遗传和基因组信息应用到医疗和健康领域。因为科学家们认识到从第一个人类遗传病亨廷顿氏舞蹈症(Huntington&rsquo s Disease，又称为慢性遗传舞蹈病)的基因被定位，这种通过家系研究定位遗传病的方式，在没有对人类基因组序列的深刻认识，没有对人类遗传规律深刻的了解情况下，医学遗传学研究的速度将无法从本质上提高。 　　在这个认识的基础上，美国先后启动了&ldquo 国际人类基因组单体型图计划&rdquo (The International HapMap Project，HapMap计划) &ldquo 癌症基因组图集&rdquo (The Cancer Genome Atlas,TCGA)计划 &ldquo DNA元件百科全书&rdquo 计划(Encyclopedia of DNA Elements，简称ENCODE) 千人基因组计划(1000 Genome Project)，以及最近炒的火热的&ldquo 精准医疗计划&rdquo (The Precision Medicine Initiative)。这些计划投资规模以百亿美元计，参与科学家以数万人计。可以说美国人在朝着既定的目标一步一步向前发展，脉络清晰，步骤明确，并且从人才培养到技术支撑，从领导科学家选拔到商业运行模式上的探索，都走在世界的前面。 　　在这15年的时间里，参与人类基因组计划的几位领导科学家也有了各自的发展：当时的领导科学家Francis Collins已经是现任NIH的主任 Whitehead Institute研究所的主任Eric Lander完成了将Whitehead Institute从MIT和Harvard的独立出来的工作，已经成为美国最大的基因组研究中心，他本人也是奥巴马总统的科技参赞，可以参与美国的科技政策决策 &ldquo 科学狂人&rdquo 塞雷拉基因组公司创始人Craig Venter则独辟蹊径，虽然塞雷拉基因组公司已经不再复当年风光，但是Craig Venter却先后成为第一个合成原核生物基因组的人，第一个用计算机模拟生物整个代谢途径的人，第一个提出海洋基因组学研究并实施的人。 　　与此同时，美国在基因组研究技术上也领先于世界，从人类基因组计划所使用的ABI和Amersham的第一代测序仪，到HapMap计划使用的Affymetrix和Illumina公司的芯片，再到千人基因组和TCGA以及Encode计划使用的Illimina公司的第二代测序系统，以及Pacbio的第三代测序系统，美国人在测序和基因组技术上的创新和积累，依然领先于世界。 　　英国在人类基因组计划完成后，率先启动十万人基因组项目 　　再看看英国：英国人对基因组研究的热情始终如一，从Frederick Sanger先生发明第一代测序系统，到首先参与美国提出的&ldquo 人类基因组计划&rdquo ，贡献仅次于美国，英国有欧洲大陆最大的基因组研究中心&ldquo Sanger Institute&rdquo ，是第二代测序技术的参与发明国，共同提出和启动了&ldquo 千人基因组计划&rdquo ，共同提出并启动和领导了&ldquo 国际肿瘤基因组计划&rdquo ，率先启动了Genome England的十万人基因组项目，间接影响到美国的&ldquo 精准医疗计划&rdquo 的提出。 　　英国人在人类遗传学上的投入也不遗余力，英国有全世界研究人类遗传病最好的研究团队，并且英国有政府引导，科学家和企业共同参与的举国基因组研究体制，可以说虽不及美国人在人类基因组研究上的布局深刻，但是英国总能在某些领域里有独特的见解和布局，通过自己的方式影响着世界，并且不得不说的是，英国在基因组研究领域对中国科学家毫无保留的帮助的无私情怀，从捐赠中国华大基因研究中心测序仪，到在各种国际合作中为中国提供便利和帮助，以及帮助中国培养基因组学研究人才，可以说中国的基因组学发展处处都有英国的帮助。 　　中国在人类基因组计划完成后，积极探讨&ldquo 中国版的精准医疗计划&rdquo 　　再看看中国这15年人类基因组学的研究进展。首先看看当时的报道&ldquo 1999年的日历翻开了。杨焕明说，要干就要干大，再难也要干大。于是，杨焕明、汪建、于军凑出了自己积蓄的200多万元。他们用这笔钱，购买了一台&ldquo 377&rdquo 型测序仪和一台美国产的毛细管测序仪。在不到半年的时间里，他们递交了人类基因组序列70万个碱基的测序结果，并做了热泉菌测序。这些成果，引来了国际同行的瞩目。&rdquo 　　6月29日，记者来到了中科院遗传所人类基因组中心。在实验室，记者看到，工作平台是用集装箱搭成的。在平台上，有三根玉米棒，旁边有一行字：穷棒子精神永放光芒!据介绍，深居京郊的这些科研人员，收入不高，也没有娱乐，在&lsquo 1%&rsquo 测序中，他们测序精确，但相应的测序成本却只有美国等国家测序成本的四分之一。&rdquo &ldquo &lsquo 中心&rsquo (作者注：北京华大基因研究中心)执行主任汪建对记者说：&ldquo 中国虽然只做了1%，但意义重大。中国科研人员在测序过程中，不仅增加了设备，而且培养了技术。21世纪生物产业发展的机遇，中国没有失去。&rdquo 他意味深长地说。&rdquo 　　随后，中国科学院成立了&ldquo 中国科学院北京基因组研究所&rdquo ，专注基因组研究，中国也参与了HapMap计划，同时发表了一系列植物和动物的基因组学研究成果，但从那以后中国的基因组学研究一度遭到寒冬，在大约三年的时间里，鲜有大型研究项目启动，研究成果也较少。 　　2007年6月华大基因南下深圳，成立了&ldquo 深圳华大基因研究院&rdquo ，深圳华大抓住了二代测序发展的关键时期，用独特的运行模式，先后完成了&ldquo 炎黄一号&rdquo 第一个黄种人基因组测序研究，发起并实施了&ldquo 炎黄九九基因组研究项目&rdquo ，共同参与设计和启动&ldquo 千人基因组计划&ldquo ，共同参与和发起&ldquo 国际肿瘤基因组计划&rdquo ，共同发起&ldquo 中国肿瘤基因组协作组&rdquo ，上个月华大发表了&ldquo 炎黄一号&rdquo 单倍型图的研究成果，将黄种人的基因组组装成了最完整的人类基因组单倍型图。 　　这些研究计划开展和研究成果陆续发表的同时，华大还培养了大批基因组科技人才，这些人才活跃在国内外基因组研究和产业化的各个领域。在有感于产业链上游测序仪的限制后，深圳华大于2012年完成了对美国Complete Genomics公司的收购，打通了产业链上下游。当然，这些大型的研究计划，都得到了深圳市政府和国家科技部等的支持。 　　展望：把握住基因组学发展的脉络，真正实现精准医疗的设想 　　在英国和美国相继提出自己的大型基因组研究计划后，中国也在积极讨论&ldquo 中国版的精准医疗计划&rdquo ，作为基因组学科技工作者我们也期望中国的&ldquo 精准医疗计划&rdquo 把握住基因组学发展的脉络，顺应人类基因组学研究发展的规律，真正实现精准医疗的设想。 　　回顾人类基因组计划完成这15年历史，我们会发现，在当年人类基因组计划的基础上，已经逐步建立起来的人们使用基因组和遗传信息来指导健康生活和医疗的路线图，相信在下一个15年，我们再笑谈15年里人类基因组研究和应用的发展时，我们可以欣慰的告诉自己，我为人类了解自己的基因组并应用做出了贡献。最后，由衷感谢参与人类基因组计划的所有科学家和科技工作和的工作，更加感谢中国参与过人类基因组计划的科学家和科技工作者们，是你们的辛苦工作让国人有机会更早的享受到基因组学进展为我们的健康生活和医疗带来的好处。 　　备注：作者田埂系基因组学科技工作者。

p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 近日，中国科学院昆明动物研究所联合美国北卡莱罗纳大学、加利福尼亚大学和丹麦哥本哈根大学的研究人员成功“破译”草莓箭毒蛙（Oophaga pumilio）基因组，揭示了其基因组演化特征。该成果发表在国际期刊Molecular Biology AND Evolution上。美国加利福尼亚大学教授Rasmus Nielsen、昆明动物所研究员张国捷和美国匹兹堡大学教授Corinne L. Richards-Zawacki为文章的共同通讯作者。团队成员周龙和美国北卡莱罗纳大学博士Rebekah L. Rogers为文章的共同第一作者。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 箭毒蛙是生活在中美洲及南美洲加勒比海沿岸的低地森林中的一种小型陆地蛙，当地部族将它们分泌的毒素涂在箭上，故得此名。强烈的毒性、绚丽斑斓的色彩以及独特的生活习性使得箭毒蛙不同寻常。一些箭毒蛙身上所携带的毒素，其强度是吗啡的200倍。虽然毒素是对付天敌的致命武器，但毒素对箭毒蛙本身却没有影响。箭毒蛙是如何从食物中获得毒素，箭毒蛙的神经系统又是如何演化出抗毒能力，目前还不清楚。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 研究人员对草莓箭毒蛙进行了基因组测序和组装分析，发现草莓箭毒蛙的基因组的大部分区域是由高度重复序列组成的。进一步的比较基因组学研究发现，草莓箭毒蛙的重复元件在鱼和蛙类之间存在着大量的水平转移（Horizontal Transfer，HT）。这些水平转移元件表现出很高的重复性以及很高的转录表达水平，表明水平转移过后这些元件的扩增还在继续。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 草莓箭毒蛙的基因组大小为6.76–9Gb，相比于四足动物要大很多。研究表明这些两栖动物基因组之所以很大，某种程度上可以解释为其基因组的变化是一个转座子（Transposable Elements，TE）不断入侵的过程，并且这些转座子尚未在生殖系中被抑制。转座子的不断扩增导致其基因组逐渐增大。 /p p style=" text-indent: 2em text-align: justify " 此外，研究人员还发现在草莓箭毒蛙SCNA基因家族发生了核苷酸替换，已有研究表明基因SCNA参与了神经毒性生物碱毒素的毒性抵抗作用。其中氨基酸替换M777L在5个SCNA旁系同源基因中同时发生了替换，结果表明这些氨基酸替换在抵抗神经毒性生物碱的毒性中可能发挥着潜在的作用。研究人员还发现了第一个基因组测序毒蛙中的离子通道，并讨论了其与皮肤对隔离毒素的自耐受演化关系。 /p

美国加利福尼亚州圣迭戈——2022年9月29日，全球基因测序和芯片技术的领导者因美纳（纳斯达克股票代码：ILMN）宣布推出NovaSeq™ X系列产品（NovaSeq X和NovaSeq X Plus），这两款全新的工业级规模测序仪将突破基因组医学的极限，实现更快、更高效、更可持续的测序。NovaSeq X Plus采用突破性的新技术，每年可以测序超过20,000个人类标准全基因组，其测序通量是上一代测序仪的2.5倍，将极大地加速基因组学发现和临床洞察，增进人类对疾病的了解，最终改善患者的生活。这款高通量测序仪的包装材料减少了90%，产生的塑料废弃物减少了50%，是因美纳目前最具可持续性的高通量测序仪，该产品在运输过程中无需使用干冰，可在全球范围内提高基因组医学的可及性。新技术能够大规模实现超高水平的准确性，每年可测序超过20,000个人类标准基因组。因美纳首席执行官Francis deSouza表示：“二十多年来，因美纳一直是基因组学领域的先驱。我们通过全新的测序仪产品将再次推动基因组学领域迈入新征程。今天，我们正在开辟一条新的前进之路，力争在癌症和遗传病治疗、精准治疗和疫情防范领域实现更多的突破。像NovaSeq X这样的创新产品将成为我们改善患者生活的核心。我们希望通过技术创新赋能研究人员、科学家和临床医生开展诊断、治疗，并最终推动疾病治愈，同时提高基因组学的可持续性和可及性，惠及全球数百万人。”凭借NovaSeq X系列，因美纳对其顶尖的测序仪产品进行了全方位的设计升级，旨在进一步提升测序速度、规模、准确性和可持续性。亮点包括：推出了全新的边合成边测序（SBS）化学技术，该技术早前被称为“Chemistry X”，如今被正式命名为“XLEAP-SBS™ ”，可将结合速度提高2倍，准确性提高3倍开发了超高分辨率的光学元件和超高密度的测序流动槽，在降低测序成本的同时将通量提高了2.5倍 将机载DRAGEN™ Bio-IT与ORA压缩软件整合，通过5倍无损数据压缩实现高度精准的全自动二级分析开发了15种新型恒温试剂，支持常温运输，无需干冰并减少废弃物的产生因美纳首席技术官Alex Aravanis表示：“为了推动拯救生命的研究发现，并大规模改善疾病治疗效果，我们需要一种新型测序仪来革新我们目前所知的基因组学知识。为此，我们主动打破现状，从头开始构建，引入了全新的化学技术、更高分辨率的光学元件、超高密度的测序流动槽等多项创新。凭借全新的化学技术、基础硬件和软件，以及在单一平台上结合多项基因组学创新的能力，NovaSeq X为测序技术树立了新的标准，将带来超乎想象的发现和疾病治疗效果。”此外，NovaSeq X还显著减少了废弃物和对环境的影响，体现了因美纳致力于通过技术创新来践行对人类健康和地球健康的承诺。与NovaSeq 6000相比，NovaSeq X的包装废弃物和包装重量减少了90%，塑料使用量减少了50%。该系列使用的试剂可在常温下运输，每年将节省近500吨干冰，同时大大减少了客户所需要处理的包装废弃物。 因美纳合作伙伴评价 博德研究所（Broad Institute）首席基因组学官兼基因组学平台高级总监Stacey Gabriel博士表示：“我们很高兴看到测序技术的进步，例如因美纳推出的NovaSeq X，并且十分看好高质量、低成本测序的发展前景， 这些进步使得我们能够增加科研队列（包括人口生物样本库）的样本量、把握度和样本多样性，通过加速不同环境中的临床WGS来进一步推动基因组学的发展。”deCODE genetics创始人兼首席执行官Kári Stefánsson表示：“因美纳为我们提供了第一项能够测序成千上万个全基因组的技术。新推出的NovaSeq X让我们能够对全国的基因组进行测序。”Macrogen董事长Jeongsun Seo教授表示：“我们很高兴能够成为NovaSeq X系列的发布合作伙伴。Macrogen始终致力于成为个人全基因组测序领域内的领导者。我坚信，NovaSeq X系列产品将加速我们通往100美元基因组的道路。这将使我们能够向世界上的每个人提供‘基因蓝图’，以释放个人的潜力并提高生活质量——因此，我们公司的口号是：推动基因组学的人性化发展。”Regeneron Genetics Center副总裁兼测序业务负责人John Overton博士表示：“NovaSeq X平台的功能、规模、效率和可持续性将迅速加快我们对数千万个外显子组和基因组进行测序的雄心壮志，让我们能够通过精准基因组学找到新的药物靶点，推动正处于开发阶段的治疗方法。这些努力将帮助我们释放基因组学的力量，加深我们对人类健康的理解，有望为世界各地的患者改善治疗效果。”

p style=" text-align: center" img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/6d24d129-b200-4ee0-805e-22b518688387.jpg" title=" 1.jpg" style=" width: 599px height: 322px " width=" 599" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 322" border=" 0" / /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong Francis deSouza br/ /strong /span /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(0, 112, 192) " strong & nbsp Illumina公司总裁兼CEO /strong /span br/ /p p style=" text-align: left " br/ 　　Evelyn Villareal出生时患有1型脊肌萎缩症（SMA1），这是一种遗传病，患病的婴儿会逐渐瘫痪。诊断结果让她的父母心碎不已，因为他们的第一个女儿也被这种疾病夺去了生命，当时她只有15个月大。大多数患病的儿童活不过两岁。 br/ 　　不过这一次，这个家庭发现了一种临床试验。八周时，Evelyn接受了一种实验性治疗，具体方案是让携带健康基因的病毒穿过血脑屏障，提供一种关键的缺失蛋白。试验获得了惊人的成功：所有15个婴儿都取得了良好的反应，Evelyn现在已经三岁了。 br/ 　　SMA1并不是个例。经过20年的紧张工作，我们突然发现一系列的基因治疗都取得了成功。Spark Therapeutics公司的Luxturna有望成为第一个被批准用于遗传性失明的药物。另一种针对大疱性表皮松解的实验性治疗也在开发当中。这些患病的孩子常被称为“蝴蝶儿童”，因为他们的皮肤如蝴蝶翅膀一般脆弱。 br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 对抗癌症 /strong /span /p p 　　癌症是一种遗传病，所以基因组测序可以在癌症诊断和治疗中发挥重大作用。Foundation Medicine的综合性实体瘤遗传检测FoundationOne CDx& #8482 近日获得了美国食品药物管理局（FDA）的批准，这一事件具有里程碑式的意义。 br/ 　　利用新一代测序，这种检测寻找324个基因中与黑色素瘤、乳腺癌、结直肠癌、卵巢癌以及非小细胞肺癌相关的变异。肿瘤医生根据检测的结果，将每位患者与获批的靶向疗法、免疫疗法或临床试验相匹配。 br/ 　　这一成功案例并不是孤证。今年，美国FDA简化了肿瘤分析检测的批准程序。更多产品即将获批。 br/ 　　FDA也创造了历史，批准了美国第一个基因治疗：诺华（Novartis）的Kymriah，适用于治疗患晚期白血病的儿童。FDA很快又批准了吉利德（Gilead）旗下Kite Pharma的Yescarta，它适用于一种成人淋巴瘤。这些疗法从人体中提取出T细胞，对其进行遗传改造，使其对抗患者的特定癌症。 br/ 　　默克（Merck）的免疫治疗药物Keytruda则是另一个监管上的里程碑，它是第一个获批的癌症治疗药物，适用于带特定基因组生物标记的实体瘤，而无论其在身体中的何处。 br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 基因编辑的进展 /strong /span /p p 　　作为近年来最激动人心的发现之一，CRISPR-Cas9基因编辑能够确保稳定的食物供应，让生物燃料更经济，并治愈许多遗传病。此外，一种新的CRISPR变体Cas13让研究人员能够编辑RNA，而不仅仅是DNA，这打开了许多治疗应用的大门。 br/ 　　2017年，一名患者首次接受了一种意在精确编辑体内细胞DNA的疗法，该临床试验利用基因编辑工具来治疗亨特综合征，这是一种遗传代谢疾病，可导致严重残疾。 br/ 　　另外，研究人员还利用CRISPR来校正胚胎的遗传性疾病。研究小组修复了MYBPC3基因中的突变，这些突变可能导致心源性猝死及其他心血管疾病。如今，我们拥有了工具，有望消除亨廷顿舞蹈症、囊性纤维化及其他遗传病。不过，生殖系的编辑也引发了伦理问题。研究需要开展下去，而法律、监管和伦理的讨论也必须跟进。 br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 患者权益的改善 /strong /span /p p 　　基因组测序已经推动了医疗保健的各种进步，但如果患者享受不到，便毫无意义。今年，精准医疗在付费者接纳方面迈出了重要的一步。 br/ 　　FoundationOne Cdx实体瘤检测除了获得FDA的监管批准，还获得了美国联邦医疗保险（Medicare）的初步覆盖，这意味着最容易患癌症的老年患者将有更多的机会使用这种检测。 br/ 　　其他付费者也正参与其中。11月，美国最大的私营保险公司联合健康保险（United Healthcare）开始报销罕见病患儿的全外显子组测序。 /p p br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 更多的群体基因组学 /strong /span /p p 　　全世界的多个国家在群体基因组学上继续取得进展，希望更好地了解遗传学与疾病之间的关联。丹麦和印度也加入英国、美国、中国、卡塔尔、沙特阿拉伯、土耳其和爱沙尼亚的行列，开展群体基因组学计划。截至本月，全球首个也是最大的群体基因组学行动Genomics England的十万人基因组计划已经对癌症或罕见遗传病患者的41,000多个基因组进行了测序。英国国民保健署（NHS）正准备将全基因组测序作为某些罕见病和癌症患者的常规诊断检测。 br/ 　　同时，法国也首次指定了2个测序点，而最终将有12个测序点分布在该国的大学医院，作为法国2025年基因组医疗计划的一部分。该计划旨在将基因组医疗整合到法国的临床保健行动中，其目标是在2020年之前，每年对23.5万个基因组进行测序。 br/ 　　在美国，国立卫生研究院的All of Us研究计划开始招募参与者，而美国退伍军人事务部也签订了一份合同，对百万退伍军人计划（MVP）的首批34,000个基因组进行测序。最终，All of Us和MVP计划将分别收集超过百万名美国人的健康数据，包括基因组信息。 br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 基因组学无处不在 /strong /span /p p 　　2017年，基因组学生态系统以多种方式扩大，包括直接面向消费者的市场。Helix推出了在线消费者市场，提供基于DNA的产品。23andMe的客户超过了200万。单就今年来看，AncestryDNA的客户就翻了一番，超过600万，也创造出世界上最大的DNA数据库。 br/ 　　这一势头将逐步强劲，而周密的监管将起到重要作用。FDA宣布，它正在简化消费者检测公司的审查程序。 br/ 　　以基因组学为重点的创业公司也呈爆炸式增长，包括Illumina加速器资助的那些。例如，Checkerspot正利用先进的生物技术和化学来设计高性能的材料，而Mantra Bio正利用外泌体（exosomes）这种天然存在的细胞结构来输送新一代的靶向治疗药物。 br/ /p p style=" text-align: center " span style=" color: rgb(255, 192, 0) " strong 临床基因组学 /strong /span /p p 　　研究人员和临床医生正为充分利用基因组学而另辟蹊径。基因组测序技术让新境界触手可及：更大规模的研究，以全基因组而不是外显子组为对象的更广范围应用，以及超深度测序。这将让“大海捞针”的应用成为现实，比如开展深度的肿瘤分析，或通过一滴血来寻找单个癌症分子。 br/ 　　麻省理工学院和哈佛大学旗下Broad研究所的研究人员表明，他们能够检测患者血液中几乎90%的肿瘤遗传特征，而Illumina子公司Grail也推进了其液体活检项目。 br/ 　　Illumina的NovaSeq架构也支持这些及其他方面的工作，而这种技术才刚刚开始在患者中发挥作用。 br/ 　　保健革命的潜力是惊人的。目前，只有少数实体瘤得到了测序。科学家已经开始揭示ApoE4基因变异如何增加阿茨海默病的风险。同时，人类细胞图谱（Human Cell Atlas）计划正在绘制人体中全部37万亿个细胞。通过描绘和定义健康与疾病的细胞基础，这项大胆的举措将影响生物学和医学的方方面面。 br/ 　　测序有望彻底改变癌症、未确诊的罕见遗传病及进行性疾病（如阿茨海默病）的治疗方式。对于Evelyn等孩子来说，生活从此变得不同，他们如今也有机会过上健康长寿的生活。而作为Illumina的一份子，我们很荣幸能够推动这些进步，让全世界的广大民众受益。 /p p style=" text-align: center " img src=" http://img1.17img.cn/17img/images/201712/insimg/6322412a-1eff-448c-9715-2532ee6f71f3.jpg" title=" 2.jpg" style=" width: 600px height: 400px " width=" 600" vspace=" 0" hspace=" 0" height=" 400" border=" 0" / /p

规律成簇的间隔短回文重复CRISPR与内切酶Cas9的组合，原本是细菌抵御病毒的重要武器，现在这一组合已经成为了最热门的基因组编辑利器。 　　2014年基因组编辑热潮在持续发酵，CRISPR/Cas9仍旧是最引人注目的话题之一，相关论文被大量下载和引用。纵观CRISPR/Cas9的发展我们可以看到，科学家们仍在追求最理想的基因组工程技术，而2015很有可能会成为基因组工程年。 　　这里我们不妨大胆预测一下，明年基因组工程领域会起那些波澜： 　　1. 大规模CRISPR/Cas9。2013年，麻省理工的CRISPR技术先驱张锋(Feng Zhang)和同事为我们展示了CRISPR/Cas9进行多重基因组编辑的能力。相信在2015年大规模CRISPR/Cas9全基因组操作将越来越多，同时新多重基因组编辑法会大量涌现，还很可能会出现大型的引导RNA数据库。在这样的趋势下，每个人都能在自己的基因组工程研究中用上CRISPR/Cas9。 　　2. CRISPR对簿公堂。2015年将有更多公司提供以CRISPR为基础的实验工具，基于CRISPR的药物也将离我们越来越近。在这种情况下，基础研究领域可能会迎来历史上最大的专利诉讼。目前有三个团队都宣称自己享有CRISPR/Cas9技术的部分专利权，他们很可能最终会对簿公堂，而专利权的归属将决定CRISPR/Cas9日后的命运。 　　3.用细胞来记录生命。假如细胞能将自己发生的所有事情记录下来，我们将会读到些什么呢?2014年Timothy K. Lu和Fahim Farzadfard在Science杂志上发表了一项令人振奋的成果。他们通过合成生物学技术，将细胞事件的模拟记忆编码在活细胞DNA中。虽然这类研究还处于早期阶段，但随着研究者们不断突破细胞工程的极限，我们期待在2015年看到更多的进展和应用。 　　当然了以上都只是我们的推测，基因组工程领域其实是很难预测的，因为相关技术发展得非常之快。你看，短短两三年CRISPR/Cas9系统就走了这么远。这些基因工程领域的预测是否过于保守，就让我们拭目以待吧。