生命科學研究走向精確量化 _生物

中科院計算生物學研究所所長金力談計算生物學
    在岳陽路320號的大院里，一個平日里默默無聞的研究所——中科院上海生科院計算生物學研究所，最近頻頻亮相國際一流學術雜志：12月10日，美國《科學》雜志發表由該所主導的國際合作研究計劃——“亞洲人群遺傳多樣性研究”的最新成果。前推十幾天，該研究所的另兩項成果，也分別發表在國際一流學術期刊上。

    伴隨高密度、高質量的論文亮相，“計算生物學”的名字引起了人們的好奇。近日，采訪人員專訪了該所所長金力教授，請他為公眾解讀這個尚處于公眾視野“盲點”的學術領域。

基因計算揭秘人類遷移路線

    生物也能被“計算”？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器，那么每個生命活動，諸如蛋白質表達、細胞間的信號傳送，都可以通過計算機的模擬計算來重現。作為一門新興學科，計算生物學使得傳統生命研究走向定量化、精確化，而且可以在系統層面上進行觀察研究， “這將是未來生命科學研究的重要發展方向之一。”

    發表在《科學》上的最新成果，就是一個典型案例。他告訴采訪人員，“亞洲人群遺傳多樣性研究”是啟動于2005年的“泛亞SNP計劃”第一期成果。“人類首個全基因組測序完成后，科學家又開始為更多的人進行基因測序，結果發現每個人的基因序列都不盡相同，同一個基因會有不同的變異形態。”于是，2005年，國際人類基因組組織成立了泛亞SNP計劃組，由90多位來自中國、印尼、日本、馬來西亞等11個國家和地區的科學家，組成研究團隊，對70多個亞洲代表人群進行遺傳研究，從中尋找人群的遺傳規律。

    金力告訴采訪人員，在4年中，整個研究團隊收集并檢測了1700多個樣本，每個樣本檢測了6萬多個基因位點。在對海量數據進行挖掘、分析后，他們發現，這些人群的基因特征有點像“合金” ，各種來源的基因以不同的“配比”結合在一起，在表型上就成了不同的代表人群——將人群基因進行這樣的量化，離開計算生物學，簡直是不可想象的。

    同時，根據這些代表人群“基因合金”中基因成分出現的早晚差別以及其它因素，科學家還得到了非常有意思的結論：現代人走出非洲后，在距今3-4萬年間到達了亞洲最南端，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計分析來“重現”史前人類遷移的過程，的確是充滿想象和挑戰的一個課題。在計算生物學所，這樣貌似“匪夷所思”的課題比比皆是。

    冬眠幫助很多動物度過嚴酷的冬天，而它們的身體是如何知道該何時冬眠何時醒，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，來度過整個冬季的？11月底，該所研究員嚴軍領導的課題組發表了一篇關于“動物冬眠中的蛋白質代謝變化”的論文。他們與美國學者合作，通過計算手段，構建了全新的北極地鼠蛋白庫，發現了個中的無窮奧秘。

    同樣是糧食作物，玉米的光合作用效率為什么比水稻高？計算生物學所有一個課題組就利用計算機技術，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，并從中發現了不少蛋白質“開關”，或許在未來能為提高水稻產量出力。

    精神分裂癥是人類大腦進化的副產品嗎？是哪些基因位點的進化使古猿變成了人？……金力告訴采訪人員，計算生物學所自2005年建立以來，在世界計算生物學領域一直保持著先進水平，“隨著生命科學的發展，可以量化研究的領域將越來越多，計算生物學的發展空間也會越來越大。”
【生命科學研究走向精確量化】
作者：許琦敏
來源：文匯報