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近日，《自然》雜志在線發(fā)布了中國科學家領(lǐng)銜發(fā)起，十八國科學家團隊共同參與的人體蛋白質(zhì)組導航國際大科學計劃（簡稱“π-HuB計劃”）白皮書。該計劃旨在通過國際合作繪制人類全生命周期的蛋白質(zhì)組圖譜，解析蛋白質(zhì)組演變之謎。

人體蛋白質(zhì)組圖譜正被繪制

為了破解這些“生命密碼”，科學家很早就開始了基因組研究探索之旅。1990年，雄心勃勃的“人類基因組研究計劃”啟動，旨在解析人體所有的基因序列。到2003年，科學家成功完成了對人類基因組中30億對堿基序列的全部測定。研究繪制的人類基因組圖譜揭示了生命本質(zhì)和遺傳機制，為疾病診斷、治療和預防開辟了新視角，推動了精準醫(yī)學發(fā)展。人類基因組研究還加速了生物技術(shù)進步，催生了基因編輯、基因治療等前沿技術(shù)，生命科學研究正式邁入后基因組新時代。

盡管在10年左右的時間里，人類成功獲得了基因中蘊含的全部信息，但科學家意識到，基因序列本身無法完全解釋人體的復雜性。因此，在完成“人類基因組研究計劃”的同一年，2003年“國際人類蛋白質(zhì)組計劃”也隨即啟動。

我國科學家在這一領(lǐng)域發(fā)揮了重要作用，負責領(lǐng)導“人類肝臟蛋白質(zhì)組計劃”，并于2007年成功測定出6788個高可信度的中國成人肝臟蛋白質(zhì)，構(gòu)建了國際上第一張人類器官蛋白質(zhì)組“藍圖”。到2023年，已有超過90%的人類蛋白質(zhì)經(jīng)過實驗驗證，相關(guān)數(shù)據(jù)庫整合了全球范圍內(nèi)的蛋白質(zhì)組數(shù)據(jù)，為相關(guān)疾病的基礎(chǔ)研究提供了數(shù)據(jù)參考。

這一進展也間接推動了AlphaFold（第一代基于人工智能技術(shù)的蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)預測軟件）的訓練和完善。這正是2024年諾貝爾化學獎獲得者的重要成就。AlphaFold經(jīng)過兩次迭代，不僅為系統(tǒng)生物學、合成生物學等領(lǐng)域提供了重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，而且推動了從基因到功能的全面解析，讓我們對生命的理解更加深入。

從分子到細胞，探索生命科學

然而，故事遠未結(jié)束。

盡管我們對單一細胞內(nèi)的所有分子有了深入的理解，但這并不足以揭示整個細胞及其之間相互作用的復雜性。而細胞間的相互作用對人體的健康至關(guān)重要。如免疫學研究能夠揭示免疫細胞是如何通過分子信號識別、攻擊病原體，以及如何區(qū)分“自我”和“非自我”的。

因此，為了全面理解人體，科學家于2016年啟動了人類細胞圖譜計劃，旨在建立人體細胞的數(shù)字化模型，利用數(shù)字矩陣描述人體內(nèi)所有細胞的特征。

這些特征包括細胞類型、數(shù)量、位置、相互關(guān)系以及分子組成等，計劃構(gòu)建細胞的轉(zhuǎn)錄組、蛋白質(zhì)組、代謝組、細胞形態(tài)、空間位置和細胞相互作用等高維數(shù)學特性的精細圖譜。這將為我們提供一個關(guān)于人體發(fā)育、生理和病理的精細參照系，最終建立一個全息生命信息網(wǎng)絡(luò)。

截至目前，全球已有823家實驗室參與該計劃，繪制了肺、肝臟、腎臟、大腦等多個組織和器官的細胞圖譜，收錄了9000多位供體的6200萬個細胞數(shù)據(jù)。

2024年11月21日，《自然》發(fā)表的人類細胞圖譜計劃的論文合集，深入探索了人體這一復雜而精密的“機器”，從宏觀到微觀，從整體到局部，最終走向分子層面的解析。

如今，“π-HuB計劃”作為全球蛋白質(zhì)組研究的新篇章，致力于繪制人類全生命周期的蛋白質(zhì)組圖譜。這不僅是對生命科學基本規(guī)律的探索，也為人類健康和疾病研究提供了全新的視角。

短短35年，生命科學結(jié)合了物理學、化學和計算機科學等多個領(lǐng)域的知識，利用大數(shù)據(jù)分析和人工智能開發(fā)出強大的工具，幫助我們從整體上理解人體的復雜性。

未來，我們可能有幸見證科學家對細胞自身及細胞之間相互作用的深刻理解，這些有望為攻克癌癥、揭示大腦的奧秘，以及顯著延長人類平均壽命帶來新的啟示。

（作者王琳琳系中國科普作家協(xié)會會員、吉林省科學技術(shù)工作者服務中心助理研究員，劉傳波系吉林省科普創(chuàng)作協(xié)會會員、中國科學院長春應用化學研究所博士）