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中級(jí)會(huì)員·17年您現(xiàn)在的位置： 首頁> 公司動(dòng)態(tài)> 生命科學(xué)研究走向量化的“計(jì)算生物學(xué)”
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在岳陽路320號(hào)的大院里，一個(gè)平日里默默無聞的研究所——中科院上海生科院計(jì)算生物學(xué)研究所，zui近頻頻亮相*學(xué)術(shù)雜志：12月10日，美國《科學(xué)》雜志發(fā)表由該所主導(dǎo)的合作研究計(jì)劃——“亞洲人群遺傳多樣性研究”的成果。前推十幾天，該研究所的另兩項(xiàng)成果，也分別發(fā)表在*學(xué)術(shù)期刊上。
伴隨高密度、高質(zhì)量的論文亮相，“計(jì)算生物學(xué)”的名字引起了人們的好奇。近日，記者專訪了該所所長金力教授，請(qǐng)他為公眾解讀這個(gè)尚處于公眾視野“盲點(diǎn)”的學(xué)術(shù)領(lǐng)域。
基因計(jì)算揭秘人類遷移路線
生物也能被“計(jì)算”？金力的回答是肯定的。如果將生命體看成一架極其精密的機(jī)器，那么每個(gè)生命活動(dòng)，諸如蛋白質(zhì)表達(dá)、細(xì)胞間的信號(hào)傳送，都可以通過計(jì)算機(jī)的模擬計(jì)算來重現(xiàn)。作為一門新興學(xué)科，計(jì)算生物學(xué)使得傳統(tǒng)生命研究走向定量化、化，而且可以在系統(tǒng)層面上進(jìn)行觀察研究，“這將是未來生命科學(xué)研究的重要發(fā)展方向之一。”
發(fā)表在《科學(xué)》上的成果，就是一個(gè)典型案例。他告訴記者，“亞洲人群遺傳多樣性研究”是啟動(dòng)于2005年的“泛亞SNP計(jì)劃”*期成果。“人類*全基因組測序完成后，科學(xué)家又開始為更多的人進(jìn)行基因測序，結(jié)果發(fā)現(xiàn)每個(gè)人的基因序列都不盡相同，同一個(gè)基因會(huì)有不同的變異形態(tài)。”于是，2005年，人類基因組組織成立了泛亞SNP計(jì)劃組，由90多位來自中國、印尼、日本、馬來西亞等11個(gè)國家和地區(qū)的科學(xué)家，組成研究團(tuán)隊(duì)，對(duì)70多個(gè)亞洲代表人群進(jìn)行遺傳研究，從中尋找人群的遺傳規(guī)律。
金力告訴記者，在4年中，整個(gè)研究團(tuán)隊(duì)收集并檢測了1700多個(gè)樣本，每個(gè)樣本檢測了6萬多個(gè)基因位點(diǎn)。在對(duì)海量數(shù)據(jù)進(jìn)行挖掘、分析后，他們發(fā)現(xiàn)，這些人群的基因特征有點(diǎn)像“合金”，各種來源的基因以不同的“配比”結(jié)合在一起，在表型上就成了不同的代表人群——將人群基因進(jìn)行這樣的量化，離開計(jì)算生物學(xué)，簡直是不可想象的。
同時(shí)，根據(jù)這些代表人群“基因合金”中基因成分出現(xiàn)的早晚差別以及其它因素，科學(xué)家還得到了非常有意思的結(jié)論：現(xiàn)代人走出非洲后，在距今3-4萬年間到達(dá)了亞洲zui南端，再由那里向北遷移，分布到了東亞各地。“在1萬年前，海平面比現(xiàn)在低200-400米，所以南亞次大陸、東南亞各島都有陸路相通，古人類向北擴(kuò)散沒有大海的阻隔。”
電子玉米和水稻模擬光合作用
通過基因多樣性的統(tǒng)計(jì)分析來“重現(xiàn)”人類遷移的過程，的確是充滿想象和挑戰(zhàn)的一個(gè)課題。在計(jì)算生物學(xué)所，這樣貌似“匪夷所思”的課題比比皆是。
冬眠幫助很多動(dòng)物度過嚴(yán)酷的冬天，而它們的身體是如何知道該何時(shí)冬眠何時(shí)醒，又如何靠維持接近零度的體溫，以及近乎正常情況下百分之一的新陳代謝，來度過整個(gè)冬季的？11月底，該所研究員嚴(yán)軍領(lǐng)導(dǎo)的課題組發(fā)表了一篇關(guān)于“動(dòng)物冬眠中的蛋白質(zhì)代謝變化”的論文。他們與美國學(xué)者合作，通過計(jì)算手段，構(gòu)建了全新的北極地鼠蛋白庫，發(fā)現(xiàn)了個(gè)中的無窮奧秘。
同樣是糧食作物，玉米的光合作用效率為什么比水稻高？計(jì)算生物學(xué)所有一個(gè)課題組就利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，建立起了“電子玉米”和“電子水稻”模型，一步步演示其光合作用的過程，并從中發(fā)現(xiàn)了不少蛋白質(zhì)“開關(guān)”，或許在未來能為提高水稻產(chǎn)量出力。
精神分裂癥是人類大腦進(jìn)化的副產(chǎn)品嗎？是哪些基因位點(diǎn)的進(jìn)化使古猿變成了人？……金力告訴記者，計(jì)算生物學(xué)所自2005年建立以來，在世界計(jì)算生物學(xué)領(lǐng)域一直保持著先進(jìn)水平，“隨著生命科學(xué)的發(fā)展，可以量化研究的領(lǐng)域?qū)⒃絹碓蕉?，?jì)算生物學(xué)的發(fā)展空間也會(huì)越來越大。”
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