生物學家欲啟動所有生命體DNA測序！

生物學家是否能夠完成世界上包括印度尼西亞這隻美麗的天堂鳥在內的所有的植物和動物基因組測序呢？

史無前例的宏偉計劃

一說到基因組測序，有遠見的人總是能推出雄心勃勃的計劃：比如英國的生物銀行（Biobank）計劃對50萬人進行基因組測序或者冰島致力於研究其全國所有人口的基因組數據。2017年2月，史密森尼學會生物多樣性基因組學基金會和位於中國深圳的基因測序巨頭華大基因公司共同組織了一場會議，部分與會研究者推出了史無前例的宏偉計劃：宣布他們有意對地球上所有生命最終完成DNA測序。

他們稱之為地球生物基因組計劃（EBP）的項目尚未獲得任何專有資金的支持，有可能需要花費幾十億美元。加利福尼亞大學戴維斯分校的進化基因組專家的哈瑞斯?勒文（Harris Lewin）是兩年前推出這一宏偉計劃的專家組成員之一。他說，這項計劃將朝著大膽的目標邁出第一步，首先重點關注真核物種，即包括植物、動物以及如變形蟲等單細胞生物在內的所有物種。

EBP的工作策略及其總體設想在2017年生物基因組學會上受到了廣泛關注。這項盛會吸引了許多生物保護專家、進化生物學家、系統學家以及其他生物學家，他們都對將基因組學應用於其專長領域表現出了極大興趣。「這是一個宏偉的設想，」奧利佛?萊德（Oliver Ryder）作為加利福尼亞聖迭戈動物園生物保護研究院的生物保護學家進一步解釋道，「如果我們想真正地弄清楚生物到底是如何進化的，那麼基因組生物學就是解開這個謎團的鑰匙。」

萊德及其同行討論了EBP與人類基因組計劃的相似之處。人類基因組計劃在30年前提出的時候也被諷為痴人說夢，充滿爭議，當時被認為是技術上的天方夜譚。早期的不懈努力最終不僅成功完成了人類基因組的首次測序，而且開發出了全新的DNA技術，成為許多醫療研究前沿的中心，奠定了一個200億美元產業的基礎。「人們從人類基因組測序的經驗中認識到，DNA測序是生物學中一個偉大的進步。」勒文說。

許多關於EBP項目的細節還需要進一步明確。如同當前所提出的，項目的第一步是從真核生物的各科中（總共大約有9 000科）挑選出一個物種，然後儘可能詳細地測定其DNA序列，從而為類似生物提供參考基因組數據，或者提供比參考人類基因組更好的數據。下一步是從15萬至20萬屬中挑選典型物種進行測序。最後，EBP參與機構就可大致獲得剩餘已知150多萬種真核生物的基因組數據。如果需要，這些低精度的基因組數據可以通過與同科參考物種的基因組進行對比，從而提升精度，或者進一步做詳細的DNA測序，EBP的共同組織者吉恩?羅賓遜（Gene Robinson）解釋道。他是一位行為基因學研究者，同時還是伊利諾伊大學厄巴納分校卡爾?沃斯（Carl R. Woese）基因生物學研究所所長。

如果要對整個真核物種進行DNA測序，這個項目的花費將與人類基因組測序工程相當，勒文、羅賓遜和EBP共同組織者約翰?克萊斯（John Kress）估計。克萊斯是史密森尼學會國家自然歷史博物館的進化生物學家。當年對人類基因組的30億個鹼基進行識別和測序花費了約27億美元，約相當於現在的48億美元。項目組織者認為，如果能夠獲得同等程度的支持，那麼EBP的真核物種測序工作可以在10年內完成。

在這張生命樹示意圖中，所有經過命名的真核生物物種很少有完整的基因組數據，但是細菌和古生菌倒是有不少數據。在幾百萬種真核生物中，連低精度的基因組序列數據都非常少

持續下降的DNA測序成本

之所以持如此樂觀的態度，是因為DNA測序的成本在持續下降。來自加利福尼亞州山景城全基因組（Complete Genome）公司的會議發言人提出，隨著測序技術不斷提升，他的公司計劃在1年內將全部真核物種測序的成本降低到大約100美元。基因組數據精度將更高，而成本將更低。「在我看來，將來某個時候我們就可以將地球上所有的生物基因組測序工作完成。」勒文說。

儘管研究者花費幾十億美元不去研究人類，而是去認識物質的基礎理論或者宇宙的神秘本源，這令人十分不解，但是EBP已經在起步階段獲得了不少的便利，因為不少研究共同體已經在進行著自己宏偉的測序工作。這其中包括基因組10K項目，計劃從10 000種脊椎動物的每屬中選擇一個物種進行基因組測序；i5K項目，對5 000種節肢動物進行基因組解碼以及B10K項目，對所有10 500種鳥類進行基因組測序。EBP可以幫助協調、編輯甚至資助這些項目。「EBP的概念是社區的社區。」勒文說。

DNA測序需齊心協力

許多基因組測序領域的巨頭公司也非常希望能夠參與到這個龐大的項目中，例如中國的華大基因公司、英國的維康基金會桑格研究院等。但是在最近舉行的規劃會議上，很明顯，等待EBP項目的首要挑戰不只是資金問題。儘管來自巴西、中國和英國的研究者已經對本國參與到項目中表達了某種熱忱，出席會議的20位代表還是強調了拓展其國際性將發展中國家納入其中的必要性，尤其是那些生物多樣性程度非常高的國家，只有這樣才能提升項目的最終成果。他們建議，EBP可以在這些地區幫助開發提升測序能力、培育技術專家。全球基因組生物多樣性網路正在從全球博物館和其他生物保存機構收集物種清單和圖像，能夠提供相當多的所需DNA樣本，但是更廣泛地參與才是更重要的，托馬斯?吉爾伯特（Thomas Gilbert）說。他是位於哥本哈根的丹麥國家自然歷史博物館的進化生物學家。

規劃專家組同樣強調有必要開發標準程序，來保證獲得高精度的基因組序列，同時還要留存每種所測序生物的相關信息。例如在何處收集到這種生物，它的外觀是什麼樣的等等。好幾位專業人士注意到，從野外獲得DNA樣本是最大的挑戰也是最主要的開銷。博物館中的各種物種並不總是得到妥善保管，其攜帶的DNA並不足以保證獲得高精度的基因組數據。即使最近收集並冷凍保存的植物和動物標本也不見得總能得到妥善處理並保存完整的DNA數據，供職於華大基因公司和哥本哈根大學的進化生物學家張國捷表達了擔憂。缺乏標準最終會破壞項目的可利用度，紐約市洛克菲勒大學的神經學家的埃里克?賈維斯（Erich Jarvis）認為：「我們為地球上所有物種花費了大量的精力，到頭來卻是竹籃打水一場空。」

勒文樂於相信這種情況不會發生。勒文在2017年生物基因組學會議的閉幕致辭中對EBP做了規劃，許多研究者圍繞在他身邊，希望知道自己如何才能助他一臂之力。「把共同體成員聚集在一起總是好的，」何塞?洛佩茲（Jose Lopez）說，他是佛羅里達州勞德代爾堡市諾瓦東南大學的生物學家，而且他帶領的團隊完成了GIGA項目，對7 000種海洋無脊椎動物進行基因測序，「這項工作任重道遠。我們需要讓儘可能多的能夠做出貢獻的專業人士參與到項目中。」

曹 兵/編譯 原載於：世界科學（World-Science）

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