本刊编辑 姜 莹

《科学》公布2010年十大科学突破中国联合研究成果入选

本刊编辑 姜 莹

国际著名科学期刊美国《Science》杂志公布了“2010年十大科学突破”（Breakthrough of 2010），分别为量子机械、合成生物学、尼安德特人基因组、下一世代的基因组学、RNA的重新编程、外显子组测序/罕见疾病基因、量子模拟器、分子动力学模拟、大鼠的回归与HIV预防。其中“下一世代的基因组学”一项涉及华大基因参与的两个国际联合研究成果，即“深度解读4000年前古人类全基因组”与“国际千人基因组计划新进展----发布迄今最详尽的人类基因多态性图谱”。华大基因在这两项工作中都是重要的完成单位，彰显了华大基因在国际基因组学研究领域的先进性及前沿地位。据悉，2010年华大基因在《自然》和《科学》等国际著名学科期刊上共发表论文10篇。

“下一世代的基因组学”是基于更快更廉价的测序技术，使人们能够对远古和现代的DNA进行极大规模的研究。

下一世代的基因组学

2010年2月11日，国际顶尖科学期刊《Nature》发表了由中国深圳华大基因研究院和丹麦哥本哈根大学联合创建的中丹基因组联合中心完成的“深度解读4000年前古人类全基因组”历史性成果。该论文中的古人类样本来源于一个被称为Saqqaq的人类群体，约在4750年前至2500年前居住于地球北极附近的格陵兰岛，其后灭绝。数年前，科学家从格陵兰岛永冻层中发现了一名约生活在4000年前的Saqqaq古人的头发样本，随即开展了各项研究工作。2009年，中丹两国科研工作者成功从该头发样本中提取出细胞核DNA碎片并进行了测定，经过艰苦的组装和序列分析工作，证明来自格陵兰岛的Saqqaq古人的遗传信息比公认的美洲原住民（主要是印第安人和因纽特人，同属黄种人）更加接近于现代东亚和西伯利亚人群。该研究以强有力的数据证明，在现代美洲原住民迁徙到美洲之前，还有更早一批的黄种人群体经西伯利亚迁徙到美洲，为这一人类演化历史中的重大问题提供了最基本的证据。非常有趣的是，科学家通过对其基因组序列的仔细分析，推断出这一4000年前古人类应该具有在亚洲人中常见的A型血、褐色眼睛、浓密的黑发和较干的耳蜡，同时很有可能是一名秃顶男性。《Nature》杂志当期封面正是据此模拟出的Saqqaq古人头像。

华大基因与丹麦的大学及科研机构从2000年开始，已经取得了一系列的科技合作成果。特别是近两年在中国科技部的大力支持下，双方已在人类胃肠道微生物宏基因组，人类代谢疾病等方面的合作取得了优异的成果，2009年11月成立的中丹基因组联合研究中心成为中丹科技合作的里程碑。今后，该中心不仅开展多层次的科研合作，而且将整合哥本哈根大学世界一流名校的教育资源与深圳华大基因研究院的科研优势，以科研项目为基础每年联合培养数十名硕博连读研究生，其生源将主要从中国内地的申请者中选拔。

由中国深圳华大基因研究院、英国桑格（Sanger）研究所、美国国立人类基因组研究所（NHGRI）等共同发起并主导的“国际千人基因组计划”协作组在《Nature》杂志上，以封面文章形式发布了迄今最详尽的人类基因多态性图谱，同时也在《Science》杂志上报告了在基因组方法学上的突破。这是全球科学家在人类基因组学领域取得的又一次重大突破，相关成果标志着人类基因研究进入了一个划时代的新阶段。“千人基因组计划”于2008年启动，旨在绘制迄今最详尽、最有医学应用价值的人类基因多态性图谱，此次成果报告的是该计划第一阶段的分析成果。

“2010年十大科学突破”榜单：

量子鼓——人类可同时身处两地

在今年之前，所有机器的运作都还是见怪不怪地遵循着经典力学的法则。然而，今年3月，美国加州大学圣巴巴拉分校的物理学家安德鲁·克莱兰德和约翰·马丁尼斯与同事一起设计的实验机械是一个人们裸眼可见的、极其细小的、由半导体材料制作的“量子鼓”。这项新发明是研究我们将来能否有能力同时身处两地的第一步。

《科学》杂志将“量子鼓”评选为2010年最重大的科学突破，认为它甚至超越了所有前人发明的机器。

新的科学发现：

*首次观测到宏观物体量子效应

*量子力学的法则也适用于宏观物体

*薛定谔猫

*证明人不可能同时出现在两个地方

外显子组测序——找到癌症基因

对外显子（即基因组中担当蛋白质编码的极小部分）进行测序，发现特殊的、至少造成12种疾病的基因突变，这些遗传性疾病是由某个单独的有缺陷的基因引起的。

研究人员利用外显子组测序方法，找到了一种致命性眼癌的关键基因，这一研究成果可能作为未来治疗这种癌症的靶标，并且用于其它具有高度转移性的癌症的治疗靶标。

HIV预防新希望——阴道凝胶和口腔预防

对预防HIV的两种不同且新颖的方法的试验报道了所取得的不容置疑的成功：一种含有抗HIV药物泰诺福韦的阴道凝胶可使女性中HIV的感染减少39%，而一种口腔预先接触的预防法可令一组与男性发生性关系的男子和变性女子的HIV感染减少43.8%。

分子动力学模拟——跟踪蛋白质原子运动

研究人员利用世界上最强大的计算机之一跟踪一个小蛋白质原子的运动，持续时间超出以往任何尝试100倍。

首个合成基因组——人造生命诞生

2010年5月，引起诸多争议的美国生物学家Craig Venter宣布开发出了第一个由一个合成的基因组所控制的细胞，这代表着世界上首个人造生命细胞的诞生，是人类科学历史上的一个突破性成果。这一研究成果公布在Science杂志上。

尼安德特人基因组——我们有尼安德特人血统

在来自全世界的数十名科学家的合作下，马克斯·普朗克进化人类学研究所的研究员斯万特·帕博10月份公布了自己的伟大研究成果：尼安德特人的基因排序。他有一个惊人的发现：我们2%的基因来自尼安德特人。除了非洲人以外，所有人类都携带这些基因，证明了现代人与尼安德特人之间的联系。

大鼠的回归——大老鼠在解剖学上与人更接近

小鼠已经成为实验室动物的统治者，但研究人员更愿意用大鼠开展很多工作。用大鼠工作要容易得多，并且大鼠在解剖学上与人类更接近。主要问题在于，获得“灭活鼠”的技术还未能在大鼠身上使用。“灭活鼠”是使某些基因失去活性的基因改造鼠。但今年开展的一项研究有望将“灭活大鼠”带进实验室。

iPS新型培养方法——剔除全能细胞的风险

iPS细胞全称为诱导性多能干细胞，是由体细胞诱导而成的干细胞，具有和胚胎干细胞类似的发育多潜能性。

iPS好用但是不敢用，这主要是因为其潜在致癌性，效率低等问题，今年来自哈佛医学院，波士顿儿童医院等处的研究人员创建了一种新的技术途径，通过把普通的人体皮肤细胞经过一系列实验快速地诱导转变成iPS细胞，从而消除因注射病毒和致癌基因造成的风险，而且这一技术的效率大约是其他传统方式的100倍。

量子模拟器——解开高温超导谜团

为凝聚态物理学中的理论问题提供了快速的答案，它们可能最终会帮助人们解开诸如超导性等谜团。

千人基因组——寻找基因与疾病的关系

“千人基因组”计划是2008年初，由来自英国桑格研究所，美国国立人类基因组研究所，中国深圳华大基因研究院等多家机构启动的一项测序计划，在这一计划中，科学家们将对全球各地至少1000个（目前是2000个人左右）人类个体的基因组进行测序，寻找基因与人类疾病间的秘密关系。通过这些测序也将生成一个庞大的、公开的人类基因变异目录，有助于进行分析以及个体化医疗。

HiSeq2000实验

深圳华大：

1999年9月9日，北京华大基因研究中心在北京正式成立。华大基因主力于2007年南下深圳，成立了致力于公益性研究的事业单位深圳华大基因研究院，并于当年10月完成了第一个中国人的基因组序列图谱，2008年1月与英美科学家一起启动了“国际千人基因组计划”，2008年3月启动了“大熊猫基因组计划”，2008年10月完成了大熊猫基因组框架图和手工克隆猪的研制，2009年4月启动了“世界三极动物基因组计划”，2009年8月启动了“万种微生物基因组计划”，2009年12月与国家农业部和深圳市人民政府共建了“基因组学农业部重点实验室”，2010年1月启动了“1000种动植物基因组计划”。在国际合作方面，华大基因已启动了“中丹合作糖尿病项目”、“中国欧盟合作肠道微生物项目”，和美国科学家共同发起“共生体基因组计划”，并与丹麦科学家成立了“中丹癌症研究中心”、与香港中文大学成立了“中.华.基因组研究中心”。

华大基因近期相继成立了香港华大、武汉华大、美洲华大及欧洲华大，致力于开展知识产权密集型的人类健康、规模化重要物种、重要经济动植物等基因组研究及应用，大力发展科技合作与科技服务产业、医学健康产业和现代农业产业。

近期显著成果：

国际千人基因组计划又取得重大突破

由中国深圳华大基因研究院（BGI-Shenzhen），英国桑格（Sanger）研究所，美国国立人类基因组研究所（NHGRI）等共同发起并主导的“国际千人基因组计划”协作组完成了几乎覆盖全人类基因组的遗传多态性图谱，该研究成果于2010年10月28日发表在国际顶尖杂志《自然》上，这是全球科学家在人类基因组学领域取得的又一次重大突破。

采用新一代测序技术，科学家们构建了迄今为止最详尽的、最有医学应用价值的人类基因组遗传多态性图谱，该图谱包含约15万个SNPs，100万个插入/缺失，2万个结构变异，这些遗传变异绝大多数是最新发现的，已经在国际千人基因组的网站上公布。根据分析，任何人95%以上的突变都可以在该数据中找到。研究人员发现，平均每个人大概携带250个到300个失去功能（loss-of-function）的突变，其中50到100个与遗传病有关。

由于对大量的样本进行全基因组测序的成本很高，为提高效率研究人员采用了两种方法：一种叫“低覆盖”的方法，将很多人的部分数据结合起来；另一种方法只对蛋白质编码基因进行研究。事实证明这两种方法都是行之有效的，而且还具有互补的优势，这对于未来的大规模遗传变异研究提供了有效的技术手段。

华大基因研究院执行总裁王俊博士说：“千人基因组计划为进一步从发现基因到理解基因奠定了坚实的基础。它的成果将推动基因组学在疾病健康领域的应用，真正实现人类基因组的价值。”

“千人计划”英方协调人、英国Sanger研究所Richard Durbin 博士说：“先导项目的完成为人类遗传变异研究打下了坚实的基础，它将促使科学家们建立全面、公开的人类基因组遗传多态性图谱，支撑未来的遗传学研究。”

“千人计划”美方协调人、美国Broad研究所David Altshuler博士说：“千人计划所设立的公共数据库为普通疾病和罕见疾病的研究产生了很大的影响，生物技术公司已经开发出可以用来检测常见变异的基因分型产品。”

美国国家人类基因组研究院（NHGRI）的Lisa Brooks博士说：“在过去的5年中，第一代研究方法----全基因组关联性分析（GWAS）是基于HapMap的早期遗传变异图谱建立起来的，相对于HapMap，千人基因组图谱可以帮助研究人员鉴定所有在疾病相关区域的候选基因，一旦与疾病相关区域的基因得到鉴定，就可以开展变异、基因以及调控元件引发疾病风险的研究。研究人员还可以在数据库中查找所有的候选基因和所有的变异，为疾病发病机理的研究有很大的帮助。”

“国际千人基因组计划”自2008年启动以来，随着第一阶段的3个先导项目的完成，千人计划已经进入正式研究阶段，在未来的两年内研究人员将会来自27个种群的2500个样本进行研究，全部数据都将免费公开。在基金会和许多国家政府的支持下，该计划将在2012年结束，花费约1.2亿美元。

参与机构

给予支持的组织机构主要包括：454生命科学，罗氏公司，布兰福德（康涅狄格州），生命技术公司，卡尔斯巴德（加利福尼亚州），深圳华大基因研究院（中国深圳），Illumina公司（圣地亚哥），马克斯普朗克分子遗传学研究所（德国柏林），威康信托基金会桑格研究所（英国欣克斯顿，剑桥）以及国家人类基因研究所。他们支持贝勒医学院（德克萨斯州休斯顿），Broad研究院（马萨诸塞州剑桥大学），以及华盛顿大学密苏里大学圣路易分校的研究工作。许多在其他机构的研究者也参与了项目的工作，包括巴巴多斯，加拿大，中国，哥伦比亚，芬兰，冈比亚，印度，马拉维，巴基斯坦，秘鲁，波多黎各，西班牙，英国，美国和越南。

“人体肠道菌群元基因组研究”以封面故事形式发表于《自然》杂志

北京时间2010年3月4日出版的国际顶尖科学期刊《自然》以封面故事着重介绍了由中国深圳华大基因研究院主要承担的“人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作”。该研究属于欧盟第七框架资助项目——人体肠道元基因组研究计划（MetaHIT）的一部分，得到了国家科技部国际合作司和深圳市的配套支持。深圳华大基因研究院作为唯一的非欧盟研究团体参与到MetaHIT计划中，采用高通量的测序技术和高效能的信息分析平台，取得了一系列突破性的研究成果。

人体除受自身基因的调控外，还受到大量的共生细菌的影响。这些细菌大部分寄生在人的肠道中，通称为肠道菌群，在学术界常被称作“人体肠道元基因组”。该项研究成果收集了124个来自于欧洲人肠道菌群的样本，采用了新一代大规模高通量的测序技术进行深度测序，产出近6千亿的碱基序列。经过序列组装和基因注释分析，从中获得330万个非冗余的人体肠道元基因组的参考基因，约是人自身基因的150倍。这个基因集中包含了绝大部分目前已知的人体肠道微生物基因，但更多的是目前未知微生物的基因。从这个基因集中可以估计人肠道中存在约1000到1150种细菌，平均每个体内约含有160种优势菌种，并且这些细菌是绝大部分个体所共有的。

据了解，在此项研究成果的基础上，深圳华大基因研究院与MetaHIT计划的众多合作单位一起，正在开展更深入的研究以揭示肠道菌群的基因组成与肥胖、肠炎病的关系。此外，深圳华大基因研究院还与北京大学深圳医院展开合作，携手进行人体肠道菌群与糖尿病的关联分析。种种这些研究不仅将对人类自身健康与体内微生物的微妙关系做出科学的诠释，也更有助于预防、监控和干预由肠道菌群引发的肥胖、肠炎和糖尿病等疾病。我们相信，基于肠道元基因组的个体化医疗时代已不遥远。

华大联合研究成果入选《科学》“本世纪前十年十项科学卓见”

《科学》评选出了十项科学成就作为“本十年卓见”。其中生命科学领域的发现包括基因组暗物质、古代DNA、细胞再生、肠道菌群及炎症在慢性疾病中的作用。在“基因组暗物质”一项中，提出华大基因参与的“国际人类基因组计划”完成的重要意义。同时，在“肠道菌群”一项正文中，着重提到华大基因团队的贡献，指出了以华大基因为第一发表单位的“构建人体肠道菌群元基因组参考基因集”重要研究论文的开创性研究意义（原文直译：2010年深圳华大基因研究院的王俊和他的同事们对人体肠道菌群元基因组进行了一个更全面的分析。这两项研究的结果都支持微生物和人组成“超个体”的概念，其具有庞大的全部遗传信息。）。

中国科学家2000年4月提前完成了人类基因组计划百分之一的测序任务，这一由六国参加的重大生物工程于2000年6月26日如期完成。我国承担的任务是完成人类3号染色体短臂上距端粒端约30cM的DNA序列的精细测定，主要内容包括：物理图谱建立与大规模克隆筛选、霰弹法测序与“工作框架图”构建、序列的组装与“完成图”构建、生物信息学技术的建立和大量数据的整理分析。2000年6月26日，中、美、日、德、法、英等6国科学家宣布首次绘成人类基因组“工作框架图”。中国科学家首次登上基因组科学高地，为中国发展基因组科学奠定了坚实的基础。2001年2月15日，世界著名《Nature》杂志发表封面文章“人类基因组的初步测序及分析”一文，该论文是人类基因组计划所取得的重要成果。2001年8月26日，国际人类基因组计划中国部分“完成图”提前两年高质量地绘制完成。人类基因组工作框架图“中国卷”更于2002年1月23日荣获由两院院士投票评出的2001 年度中国十大科技进展，名列第二位。

2010年 3月4日，《Nature》以封面故事着重介绍了由深圳华大基因研究院作为重要参与者所完成的“人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作”，该研究属于欧盟第七框架资助项目----人体肠道元基因组研究计划的一部分。研究成果收集了124个来自于欧洲人肠道菌群的样本，采用了新一代大规模高通量的测序技术进行深度测序，产出近6千亿的碱基序列。经过序列组装和基因注释分析，从中获得330万个非冗余的人体肠道元基因组的参考基因，约是人自身基因的150倍。这个基因集中包含了绝大部分目前已知的人体肠道微生物基因，但更多的是目前未知微生物的基因。从这个基因集中可以估计人肠道中存在约1000-1150种细菌，平均每个个体内约含有160种优势菌种，并且这些细菌是绝大部分个体所共有的。人体肠道元基因组参考基因集的构建，加深了人们对肠道微生物与人体自身健康关系的理解，也更有助于预防、监控和干预由肠道菌群引发的肥胖、肠炎和糖尿病等疾病。

华大荣登《科学》杂志“年度新闻”

2010年12月17日，深圳华大基因研究院的联合研究成果继入选《科学》杂志“2010十大科学突破”及“本世纪前十年十项科学卓见”之后，再次入选该杂志的“年度新闻”（The Year in News）。

《科学》杂志的年度新闻回顾了这一年全球在科学研究及政策方面具有重大影响力的37个事件和成果。这些新闻拓宽了世人的科学认知，并对全球各大研究机构产生影响。

在该年度回顾的最后一条以华大基因作为主题，报道了其跻身成为世界最大规模的测序中心，陆续完成了蚂蚁基因组、古人基因组、人类甲基化组以及人类胃肠道菌群元基因组等研究工作。

华大入选《Nature》“年度特写”

12月23日出版的最新一期《自然》杂志推出2010年年度专刊——《回顾2010》，对2010年的重要人物、重大新闻以及科技进展等进行了评点。

该专刊包括了年度新闻人物、这就是2010及年度热点研究等部分。其中“这就是2010”评选了年度新闻和年度图片等2010年所被关注的重点。《自然》杂志于2010年3月3日发表的华大基因专题报道“中国的生命科学-世界测序工厂”也入选为“年度特写”报道之一。

2010年华大基因大事记

·2010年1月21日，由深圳华大基因研究院发起，中国科学院昆明动物研究所，中国科学院动物研究所，成都大熊猫繁育研究基地和中国保护大熊猫研究中心参与的合作研究成果《大熊猫基因组》以封面故事发表于《自然》杂志。

·2010年2月11日，由中国深圳华大基因研究院和丹麦哥本哈根大学联合创建的中丹基因组联合中心完成的“深度解读4000年前古人类基因”研究成果以封面故事发表在《自然》上。

·2010年3月4日，国际顶尖科学期刊《自然》以封面故事着重介绍了由中国深圳华大基因研究院主要承担的“人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作”。

·2010年4月27日，美洲华大正式成立！美洲华大立足美国波士顿，其业务将覆盖美洲所有国家。

·2010年5月3日，由中国科学院昆明动物研究所、深圳华大基因研究院、西南大学、上海肿瘤所等合作的研究成果“家蚕基因组甲基化图谱”在国际著名学术杂志《NATURE BIOTECHNOLOGY》（《自然-生物技术》分刊）上发表。

·2010年6月9日，深圳华大基因研究院（BGI）与沙特阿卜杜勒阿齐兹国王科技城（KACST）联合宣布，成功绘制完成阿拉伯骆驼的全基因图谱。

·2010年7月2日，《50个全外显子测序揭示人类的高原适应机制》这一成果由国际权威学术刊物《Science》正式发表。该成果由深圳华大基因研究院发起和主导，得到了国家自然科学基金委员会、国家科技部、中国科学院、深圳市政府以及丹麦、美国、瑞士等国自然科学基金委员会的支持。

·2010年7月21日，由深圳华大基因研究院主要承担的“人体肠道菌群元基因组参考基因集的构建工作”研究成果被Nature China评选为亮点文章。

·2010年8月4日，由深圳华大基因研究院发起和主导完成的《50个全外显子测序揭示人类的高原适应机制》研究成果被Nature China评选为亮点文章。

·2010年8月27日，来自亚利桑那州立大学、深圳华大基因研究院、纽约大学医学院、宾夕法尼亚大学医学院的国际研究小组在《科学》上发表了弓背蚁与印度跳蚁的基因组研究成果。

·荷兰阿姆斯特丹当地时间2010年9月23日，“荷兰人基因组计划”宣布正式启动。该计划将由荷兰人类基因组研究联盟和华大基因研究院共同合作完成。

·2010年10月28日，由深圳华大基因研究院，英国桑格研究所，美国国立人类基因组研究所等共同发起并主导的“国际千人基因组计划”协作组完成了几乎覆盖全人类基因组的遗传多态性图谱研究成果在国际顶尖杂志《自然》上发表。

·2010年11月4日，全球最大的基因组学研究机构深圳华大基因研究院与基因组光学图谱技术的独家供应机构OpGen公司共同宣布，双方将致力于推广基因组光学图谱技术在人类和动植物全基因组测序组装中的应用。

·2010年11月14日，香港中文大学、华大基因研究院、农业部、中国科学院等单位合作的“大豆回家”项目，在大豆基因组研究取得重大突破。研究成果“31个大豆基因组重测序揭示遗传多样性和进化选择模式”在国际著名杂志《自然-遗传学》上在线发表。