國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織主席John·Bergeron在10月27日閉幕的“第三屆國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組大會(huì)”上說(shuō),正式啟動(dòng)于2002年底的人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的目標(biāo)是通過(guò)對(duì)蛋白質(zhì)組的研究,,用大約20年左右的時(shí)間實(shí)現(xiàn)對(duì)人類(lèi)基因組序列圖的“解碼”,。
十年功過(guò)
1986年3月7日,美國(guó)科學(xué)家,、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者,、腫瘤病毒專(zhuān)家雷托·杜伯克在美國(guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一篇題為《癌癥研究的轉(zhuǎn)折點(diǎn)——人類(lèi)基因組的全序列分析》的短文。杜伯克在這篇后來(lái)被稱(chēng)為“人類(lèi)基因組計(jì)劃課題標(biāo)書(shū)”的文章中提出的有關(guān)分析人類(lèi)基因組全序列的重要科學(xué)構(gòu)想,,成為日后國(guó)際人類(lèi)基因組計(jì)劃啟動(dòng)和實(shí)施的重要推動(dòng)力,。經(jīng)過(guò)反復(fù)討論,數(shù)易其稿,,1990年美國(guó)國(guó)會(huì)正式批準(zhǔn)了人類(lèi)基因組計(jì)劃,。
實(shí)施人類(lèi)基因組計(jì)劃的目的是破解人類(lèi)自身的遺傳信息之謎,即弄清楚人類(lèi)數(shù)萬(wàn)個(gè)基因的核苷酸組成和位置,,以便將來(lái)人們可從“源頭”,,也就是從基因水平找到疾病的預(yù)防和根治手段。該計(jì)劃的實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容就是完成4張“圖”,,即基因物理圖,、基因遺傳圖、基因轉(zhuǎn)錄圖和基因序列圖?這4張“圖”也被譽(yù)為“人類(lèi)基因解剖圖”,,科學(xué)家將在這4張圖的基礎(chǔ)上開(kāi)展大規(guī)模的功能基因組,、環(huán)境基因組和藥物基因組學(xué)研究。
人類(lèi)基因組測(cè)序工作從1990年10月1日正式實(shí)施,,到2001年2月15日,、16日《自然》、《科學(xué)》雜志分別公布人類(lèi)基因組計(jì)劃國(guó)際協(xié)作組和塞萊拉公司的測(cè)序草圖,,整個(gè)測(cè)序歷經(jīng)十余年,,一共有六個(gè)國(guó)家的16所實(shí)驗(yàn)室約1100多名生物學(xué)家和計(jì)算機(jī)專(zhuān)家參與了這一人類(lèi)有史以來(lái)最為龐大的科學(xué)研究工作。
期間,,私營(yíng)的塞萊拉公司一成立便與國(guó)際人類(lèi)基因組爭(zhēng)搶進(jìn)度,,試圖通過(guò)申請(qǐng)專(zhuān)利來(lái)獲取利潤(rùn),塞萊拉公司企圖“壟斷”基因的野心迅速遭到了世界各國(guó)政治家和科學(xué)家的強(qiáng)烈反對(duì),最終未能得逞,,這一插曲成為人類(lèi)基因組計(jì)劃過(guò)程中的一個(gè)不和諧音符,。雖然有人認(rèn)為塞萊拉公司的老板文爾特的工作在一定程度上加快了人類(lèi)基因組計(jì)劃的進(jìn)程,但其功過(guò)是非只能任由后人評(píng)說(shuō)了,。
備戰(zhàn)十載
基因是遺傳信息的攜帶者,,而生物功能的執(zhí)行者卻是蛋白質(zhì),因而僅僅從基因的角度來(lái)研究生命現(xiàn)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,,還必須研究由基因轉(zhuǎn)錄和翻譯出蛋白質(zhì)的過(guò)程,,才能真正揭示生命的活動(dòng)規(guī)律。
蛋白質(zhì)組研究作為功能基因組學(xué)的重要支柱,,是當(dāng)今生命科學(xué)領(lǐng)域的前沿,。蛋白質(zhì)組研究不僅可實(shí)現(xiàn)與基因組的對(duì)接與確認(rèn),直接揭示生命活動(dòng)的規(guī)律和本質(zhì),、發(fā)現(xiàn)人類(lèi)重大疾病與病原體致病的物質(zhì)基礎(chǔ)以及發(fā)生與發(fā)展的病理機(jī)制,;而且還可廣泛推動(dòng)生命科學(xué)基礎(chǔ)學(xué)科以及分析、信息,、材料等應(yīng)用科學(xué)的發(fā)展,,對(duì)提高人類(lèi)生物醫(yī)學(xué)原始創(chuàng)新能力、重大疾病防治水平具有重要意義,。
“蛋白質(zhì)組”?proteome?一詞源于“PROTEin”與“genoME”的雜合,,意指“一種基因組所表達(dá)的全套蛋白質(zhì)”,或一種生物,、一種細(xì)胞?組織?所表達(dá)的全套蛋白質(zhì),。1994年,澳大利亞的科學(xué)家Marc Wilkins提出蛋白質(zhì)組概念,。1995年,,蛋白質(zhì)組一詞首次見(jiàn)諸報(bào)端。“proteome”?蛋白質(zhì)組?一詞第一次出現(xiàn)在“Electrophoresis”雜志上,,明確定義:蛋白質(zhì)組是由一個(gè)基因組,或一個(gè)細(xì)胞,、組織表達(dá)的所有蛋白質(zhì),。
首先倡導(dǎo)“proteome”的兩家澳大利亞實(shí)驗(yàn)室分別掛牌成立了蛋白質(zhì)組研究中心,此后參與蛋白質(zhì)研究的國(guó)家從1995年的澳大利亞一國(guó),,發(fā)展到美國(guó),、丹麥、瑞士,、英,、法、日、瑞典,、意,、德等10國(guó),國(guó)際著名學(xué)府如哈佛,、斯坦福,、耶魯?shù)染Q身其中。
2000年,,第一個(gè)完整蛋白質(zhì)組——生殖器支原體蛋白質(zhì)組公布,;同年,美國(guó)啟動(dòng)“蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)啟動(dòng)計(jì)劃”,;2001年,,國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織?HUPO?宣告成立;2002年,,首屆國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組大會(huì)召開(kāi),;也就是在這一年,美國(guó)開(kāi)始實(shí)施“臨床蛋白質(zhì)組學(xué)計(jì)劃”,。
從基因圖止步的地方開(kāi)始,,人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃迄今已開(kāi)展6個(gè)項(xiàng)目:美國(guó)牽頭的人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃?HPPP?、中國(guó)牽頭的人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃?HLPP?,、德國(guó)牽頭的人類(lèi)腦蛋白質(zhì)組計(jì)劃,、瑞士牽頭的大規(guī)模抗體計(jì)劃,、英國(guó)牽頭的蛋白質(zhì)組標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃以及加拿大牽頭的模式動(dòng)物蛋白質(zhì)組計(jì)劃,。2004年10月26日又啟動(dòng)了日本科學(xué)家牽頭的糖蛋白質(zhì)組計(jì)劃,使該計(jì)劃總數(shù)達(dá)到7個(gè),。
困難一百倍
雖然人類(lèi)基因組序列圖于2003年4月23日宣告完成,,但其中大量基因的結(jié)構(gòu)和功能尚不清楚??茖W(xué)界認(rèn)為,,通過(guò)對(duì)其編碼產(chǎn)物蛋白質(zhì)組的研究,就可以了解基因序列的密碼信息與遺傳語(yǔ)言,。有人把人類(lèi)基因組計(jì)劃比喻為“讀出”和“讀懂”兩個(gè)階段,。人類(lèi)認(rèn)識(shí)自我的過(guò)程本身也是一個(gè)從讀出到讀懂的過(guò)程。
面對(duì)大量涌現(xiàn)出的新基因數(shù)據(jù),,每個(gè)研究者都不得不面對(duì)這樣一個(gè)問(wèn)題:這些基因編碼的蛋白質(zhì)的功能是什么,?不僅如此,在細(xì)胞合成蛋白質(zhì)之后,,這些蛋白質(zhì)往往還要經(jīng)歷翻譯后的加工修飾,。也就是說(shuō),,一個(gè)基因?qū)?yīng)的不僅是一種蛋白質(zhì)而可能是幾種甚至是數(shù)十種蛋白質(zhì)。包容了成千上萬(wàn)種蛋白質(zhì)的細(xì)胞是如何運(yùn)作的,?或者說(shuō)這些蛋白質(zhì)在細(xì)胞內(nèi)是怎樣工作的,?是如何相互作用、相互協(xié)調(diào)的,?這些問(wèn)題只靠功能基因組研究是不能回答的,。更明確地說(shuō),蛋白質(zhì)自身特有的活動(dòng)規(guī)律,,如蛋白質(zhì)的修飾加工,、轉(zhuǎn)運(yùn)定位、結(jié)構(gòu)形成,、蛋白質(zhì)與蛋白質(zhì)或其它生物大分子相互作用等活動(dòng)的信息,,均無(wú)法在基因組水平上獲知;細(xì)胞內(nèi)蛋白質(zhì)組成的極其多樣性和復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)性動(dòng)態(tài)變化,,也難以在基因組水平上得到反映,。
國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組組織前主席Sam·Hanash說(shuō):“蛋白質(zhì)組計(jì)劃要比基因組計(jì)劃困難100倍,因?yàn)榛驁D只有一張,,而蛋白質(zhì)圖每個(gè)器官都有一張,。由于沒(méi)有可以借鑒的經(jīng)驗(yàn),因此每一個(gè)計(jì)劃中所得出的數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)將會(huì)立即與其它計(jì)劃共享,?;蚪M測(cè)序的完成只是相當(dāng)于一座大廈的封頂落成,進(jìn)入這座大廈后還可能遇到許多未知的困難,,并會(huì)發(fā)現(xiàn)和揭示出許多人類(lèi)未知的奧秘,,如蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系,以及蛋白質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模擬和預(yù)測(cè)等等,。”
進(jìn)展順利
Bergeron在“第三屆國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組大會(huì)上”介紹說(shuō),,最先啟動(dòng)的人類(lèi)血漿蛋白質(zhì)組計(jì)劃進(jìn)展順利;人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃是人類(lèi)器官蛋白質(zhì)計(jì)劃中做得最好的,;人類(lèi)腦蛋白質(zhì)組計(jì)劃起步稍晚,,尚在籌備階段;大規(guī)??贵w計(jì)劃產(chǎn)生的抗體為其他項(xiàng)目提供支持,;蛋白質(zhì)組標(biāo)準(zhǔn)計(jì)劃則匯集所有項(xiàng)目的數(shù)據(jù),建立標(biāo)準(zhǔn)化的研究模式,。他特別提到,日本科學(xué)家新提出的糖蛋白質(zhì)組計(jì)劃是所有計(jì)劃中難度最高的,。
人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃負(fù)責(zé)人,、中國(guó)科學(xué)院院士賀福初透露,,人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃研究進(jìn)展順利,我國(guó)在這一領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先水平,。作為國(guó)際人類(lèi)蛋白質(zhì)組計(jì)劃的一個(gè)主要部分,,人類(lèi)肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃于2003年12月率先啟動(dòng),目前,,這一計(jì)劃已有16個(gè)國(guó)家的80多個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加,。第一階段表達(dá)譜的研究已經(jīng)實(shí)質(zhì)性地在推進(jìn),不僅已經(jīng)進(jìn)行了表達(dá)譜,,而且還進(jìn)行了連鎖圖的分析,、抗體的分析、生命信息的分析,。肝臟蛋白質(zhì)組計(jì)劃第一個(gè)任務(wù)就是建立肝臟蛋白質(zhì)表達(dá)譜?弄清楚肝臟中各種蛋白質(zhì)的類(lèi)型,、濃度以及存在形式,并在此基礎(chǔ)上展開(kāi)對(duì)蛋白質(zhì)功能的研究,,它對(duì)于我國(guó)這樣一個(gè)肝病大國(guó)盡快找到有效治療和預(yù)防肝病的辦法來(lái)說(shuō)意義尤為重要,。
多國(guó)科學(xué)家認(rèn)為:繪制決定生命體多樣性、復(fù)雜性及其功能的蛋白質(zhì)組圖譜,,將使人類(lèi)基因組中絕大部分基因的功能得到闡述和揭示,。人類(lèi)蛋白質(zhì)組研究對(duì)直接揭示生命活動(dòng)規(guī)律和本質(zhì),發(fā)現(xiàn)人類(lèi)重大疾病發(fā)生,、發(fā)展機(jī)理具有深遠(yuǎn)的意義,,并將廣泛推動(dòng)生命科學(xué)、生物技術(shù)以及信息,、分析,、材料等科技領(lǐng)域的發(fā)展。Bergeron教授說(shuō),,“蛋白質(zhì)組計(jì)劃是人類(lèi)前所未有的雄心勃勃的科研計(jì)劃,,20年后它將獲得巨大的成功。它最大的意義在于證明:科學(xué)研究可以真正以全球合作的方式進(jìn)行,,最大限度地超越利益集團(tuán)和國(guó)界的束縛,。”