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聚焦基因科技 助力我国蓝色经济加速发展
——深圳华大海洋科技有限公司发展纪实

2021-12-17于海芳

中国科技产业 2021年12期
关键词:华大基因组学海洋生物

◎ 文/于海芳 李 秋

2012年,专注于水生生物基因组学研究、鱼类分子育种与海洋药物研发的石琼,结束了11年国外科研生涯,接受华大集团的邀请,回国参与组建华大海洋科研平台。凭着一股“闯”劲,石琼带领着华大海洋科研团队,以基因科技助力水生生物基础研究为支点,开启了水生生物基因组学的奠基、成长、发展、推广到产业应用的光辉旅程。

为加快海洋生物基因组学研究步伐,实现国家构建海洋强国的战略目标,石琼及其团队以重要水生生物基因组学研究为着力点,解析鱼类适应性进化的重大理论科学问题,同时挖掘与重要经济性状相关联的分子标记,构建水产动物分子育种以及基因选择育种的关键共性技术体系,筛选药源性多肽序列,为我国水产动物良种培育和规模化新型药物研发奠定了扎实的理论与技术基础。

自2001年联合国正式文件中首次提出“21世纪是海洋的世纪”以来,我国便加快了开发和利用海洋资源的步伐。根据国家海洋局公布的数据,2010年中国海洋生产总值达3.8万亿元,而在2020年相关数值突破了8万亿元。尽管总体来看海洋产业正稳步增长,但各细分领域间发展却极不均衡,滨海旅游业、海洋交通运输业及海洋渔业三大产业在海洋产业中占比超80%,而具有改变当前疾病治疗及创新药研发现状的海洋生物医药产业占比尚不到2%。

对此,在水生生物行业扎根近30年的徐军民颇感遗憾:“在海洋资源开发方面,我们在其他领域已经发展得足够强大,但是却一直没有人牵头做海洋生物资源的深层开发和高值化利用,这怎么能行呢?”既然没有领路人,不妨自己做开拓者。2015年,徐军民以公司掌舵人身份加入深圳华大海洋科技有限公司(以下简称华大海洋),拥有着对水生生物行业的独特情怀,对海洋生物资源开发未来的美好畅想,以及对于海洋产业发展的伟大愿景,徐军民带领着华大海洋走上了海洋生物资源深度开发与利用的道路。

正是石琼的勇“闯”无人区的精神加上徐军民敢“创”敢干的创新创业精神,让华大海洋在我国海洋生物领域里,探索出了一条产研结合的创新发展之路,这也正是新时代深圳精神的体现。如今,我国迎来了蓝色经济高速发展期,华大海洋也已形成由种源经济、海洋药物与功能制品及科技服务组成的三大主要业务模块,“三架马车”并行,全力推动科研与产业联动向前,助推深圳建设成为“全球海洋中心城市”的同时,也在助力着我国海洋蓝色经济发展。

华大海洋董事长徐军民

华大海洋首席科学家石琼

蓝色崛起是经济发展的必然之路

自成立以来,华大海洋专注于水生生物的科学研究与产业化应用。凭借着与生俱来的科研“基因”,石琼主持先后组建了深圳市海洋生物基因组学重点实验室、农业基因组学国家重点实验室海洋方向、广东省海洋经济动物分子育种重点实验室等,并与解放军防化研究院陈冀胜院士团队合作并成立了海洋药物方向的首批院士(专家)工作站等10余个科技创新平台。这些科技创新平台的创建,有效地弥补了深圳市在海洋生物基因组学领域研究载体存在的短板。2016年4月正式成立“深圳市华大海洋研究院”。从此,华大海洋有了自己专门的科技研发机构,开始大力发展海洋与水生生物种质资源收集、信息分析与开发利用等基础科研工作。

与此同时,华大海洋整合资源,发挥平台优势,建立了海洋生物活体库、长江流域种质资源库以及集活体展示中心、数据存储中心、样本保存中心于一体的水产大数据中心。据华大海洋董事长徐军民介绍,建设海洋基因库和水生生物基因库,填补了国内该领域的空白,不仅有利于保护海洋水生生物资源,搭建水生生物大数据平台,而且更有利于实现基因及数据资源的共享利用。这对推动生命科学和生物产业的迅速发展,抢占未来生物经济的战略制高点、掌控生物基因战略资源,都具有极其重要的意义。

为解决既往经脐单孔腹腔镜手术需要特制手术器械的问题,我们采用了改良的自制式脐部固定器,不需要准备特殊的腹腔镜手术器械,不增加手术费用,简便易行,更加适宜在基层医院推广。本研究旨在探讨改良式经脐单孔腹腔镜手术在妇科领域中的应用价值。

历时九年的沉淀与积累,华大海洋已经成长为一家产、学、研、用一体化综合发展的科技型集团公司,不仅在水生生物基因研究方面硕果累累,在海洋生物资源高端开发利用方面也居于全国领先地位。

深圳市五一劳动奖状

目前全球已发表的120余种重要鱼类基因组文章中,华大海洋就占1/6以上,有力支撑着我国水生生物基因组学在国际上的领先地位。华大海洋在国内参与并完成的70多种重要经济水产动物的基因组测序与分析工作,占到全国总量的1/3,共发表学术论文130余篇,其中SCI论文110篇,2篇收录为ESI高被引论文;出版了11部水产基因组学系列专著(其中4部为研究生教材)。作为国家高新技术企业,华大海洋已申请国家专利200余项,授权80余项(其中近40项为欧美PCT专利);获得发明专利10余项,主持制定深圳市技术标准2项、企业标准3项、团体标准2项。

华大海洋不仅在创新研究与产业发展中成绩斐然,而且得到了政府主管机构与社会各界的认可,并先后荣获多个奖项。2016年,华大海洋被评定为“国家高新技术企业”;2017年荣获该年度广东省农业技术推广一等奖;2018年荣获“中国水产技术创新企业”奖;此外,还荣获深圳市重点农业龙头企业和知名品牌、大鹏新区十佳科技创新单位、大鹏伯乐荣誉奖、“沃尔玛中国2019年度鲜食部最佳成长供应商”等荣誉。2021年3月,华大海洋作为为数不多的海洋生物领域经营企业代表,成功入选深圳全球海洋中心城市建设促进会并成为副会长单位。2021年5月,华大海洋又相继获得“深圳市五一劳动奖状”及第十五届、第十八届“深圳知名品牌”。

种源经济为蓝色发展聚势赋能

神秘莫测的大海就像一个蔚蓝色的宝库,蕴含着富饶的资源。在海洋中,有许多生物,其中鱼类是物种最丰富且进化较为古老的脊椎动物类群,目前全球已经发现的鱼类至少超过3万多种。

华大海洋通过创新研究,应用高通量基因组学测序手段与生物信息分析技术,开展了水生动物的遗传机制及基因组进化研究,特别在弹涂鱼的两栖习性、金线鲃的洞穴适应性、海马的鳍条发育等方面,取得了系统性、创新性、引领性且具有高水平的一系列成果。其中,2014年在Nature子刊上发表全球首个两栖鱼类——弹涂鱼基因组学论文。该成果中,华大海洋系统地研究四种两栖弹涂鱼的功能基因组,首次系统性阐明了弹涂鱼陆生适应的多种分子机制,为解析脊椎动物从水生向陆生过渡的进化机制提供了重要参考信息,并以此打造了深圳红树林特色的弹涂鱼“生态名片”。不仅在国际上打出深圳市的“生态名片”,还通过市城管局资助经费在深圳湾放流大弹涂鱼,为改善生态环境、带动旅游经济作出示范性贡献。

2018年5月,由深圳市华大海洋研究院和深圳国家基因库联合发起的“千种鱼类转录组”项目,正式宣布构建了迄今为止最可靠的鱼类系统演化树。该项目通过大数据整合了144种鱼类基因组数据和159种鱼类转录组数据,采用新的生物信息学分析方法,筛选出1105个直系同源的外显子序列作为分子标记,是目前覆盖度最广、最可靠的鱼类“生命之树”。这棵鱼类“生命之树”解答了一直以来鱼类起源和进化研究中存在的许多争论和难题,这也是鱼类演化研究史上的里程碑式事件。

2021年8月,华大海洋在国际知名期刊Genomics发表全球首个基于全基因组测序和组装的巴沙鱼染色体水平基因组,揭示了与巴沙鱼多脂肪性状相关的组学证据。为做好巴沙鱼种质资源保护及选育保种,华大海洋科研团队赶赴老挝,在湄公河上游开展相关研究工作,因为这个地区的巴沙鱼资源保护得尚好,没有发生种质退化,可以更大程度地发挥巴沙鱼的遗传性状优势。

在做水生生物种源研究过程中,华大海洋发现行业早期经历的一些品种药残问题,根源和症结之一就是水生物种种质的退化。因为种质退化易生病,所以导致养殖环节无规范用药。当然,还有一些不规范的养殖作业方式和非常传统粗放的养殖模式。为此,要想实现水产行业的产业升级与绿色发展,华大海洋针对水产养殖、市场流通等领域的一系列问题,也做了长远布局和规划。

以种为源,华大海洋积极开展水生生物种业自主创新工作,在水生生物的基因组学研究基础上对重要的水生经济动物进行创新育种与示范养殖,搭建了从种业到餐桌的全产业链生态平台,为消费者提供真正安全健康的优质蛋白产品。

华大海洋以科研为基础、产业为主导、基地为依托、产学研相结合,打造“育繁推养护一体化”的海洋种业创新体系,建设了江苏省镇江华优基地、镇江科华基地、海南基地及老挝基地。其中,华优基地依托华大海洋分子育种技术和江苏省淡水水产研究所的蟹、虾繁育技术,通过亲本基因重组测序、同胞家系选育、苗种专池培育等方式,培育出了规格大、生长快、品质优的蟹、虾新品种,同时深入开展稻田综合种养技术的研究,总结出适合江苏地区的高效稻田综合模式。该品种推广面积超过220万亩,创造200亿元经济产值,为江苏(无锡、苏州、南京、常州、兴华)、云南(昆明、曲靖)等地全面脱贫做出了突出贡献。2017年,华优基地培育的中华绒螯蟹荣获“中国好蟹”荣誉称号。此外, “鲃优1号”金线鲃和“太湖2号”青虾,这两个新品种在2018年获得农业农村部认定,在深圳尚属首次,为进一步的分子育种研发提供了指导性支撑。2021年9月,华大海洋与中国水产科学研究院淡水渔业研究中心联合育种成功的水产新品种“建鲤2号”,通过了全国水产原种和良种审定委员会审定。

另外,在石斑鱼、卵形鲳鲹、斑点叉尾鮰、南美白对虾、青虾和加州鲈等水产动物的分子标记辅助育种和基因组选择育种方面,也都取得了丰硕成果。如今,基因组选择育种技术已经成为华大海洋推进“海上一带一路”的重要武器。

探秘蓝色基因,开启蓝色药库大门

占地球总面积高达70%的海洋,孕育了50万余种动物和13000种植物。其中,动物界28个主要动物门有26个都生活在海洋水域。在高盐、高压、缺氧及少光照的环境下,海洋生物进化形成独特的基因,具有比陆生动植物更奇特的结构及更显著的活性。开发“蓝色药库”已成为现今世界医药工业发展的重要方向。

如今,海洋生物资源价值日益凸显,在“海洋强国”战略及“蓝色药库”计划的提出下,华大海洋同时布局海洋功能制品及海洋创新药的研发。截至目前,全球共有49个来自海洋的活性物质或其衍生物被批准上市或进入临床,其中基于海洋天然产物或其衍生物开发而成功上市的药物仅有17款,但由我国自主研发的海洋创新药物仅占其中4款。面对国内外海洋药物研发的巨大差距,华大海洋着力于海洋药物的创新研发,集中国内外优势科研力量,全力打造全新生物制药生态产业链,突破了传统多肽药物因测序技术的限制仅能关注少数药物分子及单一尺度的独立研究不利于基础研究成果向产业化应用转化的困局,为我国生物医药企业开辟了新的道路。

中国南海常见的20种芋螺

2018年,华大海洋主持出版《海洋芋螺资源图鉴》,对全球芋螺(超过700种中的343种)及芋螺毒素进行总结性介绍。2021年2月,华大海洋联合海南医学院和解放军军事科学院防化研究院,成功破译了全球首个芋螺(桶形芋螺Conus betulinus)的全基因组序列,揭示了芋螺毒素表达的中心法则。首次阐明了“芋螺毒素基因→毒素转录本→毒素蛋白→翻译后修饰毒素肽”的最重要、最基本的生物学规律,在探索芋螺毒素的本质及普遍规律方面起到了巨大的作用,奠定了芋螺毒素研究的理论基石,是芋螺及芋螺毒素研究领域的重要突破性进展,相关成果发表于Nature子刊Cell Discovery。

目前,华大海洋与海南医学院、解放军防化研究院合作,已完成多种芋螺的转录组测序、线粒体基因组测序与毒素挖掘工作,筛选到具有杀虫活性的6条毒素肽,正在研发具有高度戒毒活性的毒素肽序列,或将为烟瘾、毒瘾、嗜酒等神经性上瘾行为带来突破性治疗方案。

更为重要的是,目前华大海洋已有一款新型免疫增强型海洋小分子药物进入系统临床前研究,这是一款基于对海洋真菌天然产物进行化学修饰的1.1类新药,与现有的临床使用的大分子生物药相比,副作用更小,疗效更佳且成本更低。如果能成功上市,将为肿瘤患者提供新的治疗手段,为生命带来新的希望。

自成立以来,华大海洋已经积累了大量有关海洋生物遗传信息与生物活性的开发利用大数据。与此同时,华大海洋也建立了不同阶段、不同深度的海洋生物样本库,并打造了海洋生物医药与功能制品研发及转化平台体系,开展了桶形芋螺、海葵、海马、雨生红球藻等80多种水生生物的基因组学、转录组或蛋白组学研究,获得了大量的毒素基因、毒素肽序列、抗菌肽、代谢物生物合成关键基因等一系列活性物质数据。利用基因改造进行生物合成的探索,为解决药源瓶颈提供了新的方案,为海洋药物的开发利用提供了深厚的科研基础。

随着我国对海洋的认识不断加深,对海洋战略意义的更加重视,海洋经济已经成为国家战略层面的重要一环。

华大海洋作为海洋生物领域的企业代表,立足于独特的基因技术及生物科技技术的资源优势,不断在水生生物领域探索,目的是从根源上保护水生生物,从而在此基础上培育出更为优质的品种。在发展中保护、在保护中发展!作为中国野生动物保护协会水生野生动物保护分会副会长单位,华大海洋长期关注生物多样性保护工作,充分利用自身在水生生物基因组和基因组选择育种方面的科研能力,为水生野生动物保护提供数据与科技支撑。这也与2021年10月我国刚刚发布的《中国的生物多样性保护》白皮书提出的战略思想不谋而合。

除了关注水生生物领域外,华大海洋也一直在关注人类的健康。徐军民说:“整个水生生物行业,应该说是彰显国民健康的重要方面。‘少年强则国强’,从这个意义上来说,国民健康也是国家健康的一种体现。”从最初愿景为改善人类蛋白质饮食结构,让国民能拥有更健康的生活,拓展至疾病预防和药物治疗上,华大海洋将以海洋药物为突破口,带动种源经济发展,实现种源、药源联动,做出真正的成果,为人类健康发展奠定基础,助推我国海洋生物经济的可持续发展。

回顾过去,在国家和深圳海洋经济产业格局不平衡的情况下,华大海洋创造了很多的“从无到有”,以“基因科技助力海洋生物经济发展”为使命,迅速成长为水生生物基因科研领域的翘楚。展望未来,华大海洋的发展不仅有利于我国海洋产业的升级和优化,而且有利于未来人类的健康发展。海洋经济的发展是国之所需,民之所向。机遇在握,华大海洋也必将走向更为灿烂和光明的未来。

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