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访谈 | 倪鸣博士:生命,是充满神秘感的热带雨林

时间:2020-05-08作者:华大智造阅读数:5795分享

一场疫情,见证生命的脆弱与坚强,激励了无数捍卫生命的力量,“生命至上”成为一种信念,如何利用科技的力量更好地守护生命亦成为许多行业工作者的重要命题。


近期, 深圳华大生命科学研究院资深副院长、华大智造高级副总裁、青岛华大智造总经理倪鸣博士接受采访,他的知识结构充满融合交叉,他作为最早加入华大自主测序平台硬件研发成员,从2013年至今参与了多个华大测序技术平台的搭建。他说,“生命的很多奥秘蕴含在基因组信息里,而现在这些信息还远远没有被开发出来……开发基因测序工具对生命科学来说本身是十分有意义的。”


深圳华大生命科学研究院资深副院长、

华大智造高级副总裁、青岛华大智造总经理倪鸣博士


选择基因组学:多学科交叉的魅力


上中学时我参加了生物奥林匹克竞赛,但同时我也对物理充满兴趣,大学选专业时我选择了物理专业,但我一直希望把不同学科的融合起来,在大三大四时就开始进行一些综合性的跨学科研究,比如纳米药物、计算机等。读博时我尝试通过物理学的方法和数学模型去解释生物现象,并进行一些生物学的实验,其实一路走来都和生物学、与多学科融合一直保持着深厚的渊源。


读完博士后回国时,我了解到华大是一个创新能力很强的机构,而基因组学是计算机科学与生物学的交叉,也是一个跨学科的领域,因此当时选择加入了华大,选择走进基因组学,就一直走到了现在。


开发基因测序工具对生命科学意义重大


基因组学是一个很大的命题,遗传物质对生命活动的有编码和指导作用,基因序列的信息不单单只是DNA序列,还包括RNA序列,信息量是非常巨大的,大家都在不断地挖掘,从一开始分析个别基因,到全转录组、全基因组,再到全基因组之上的甲基化完整的转录组,我们正在对基因组进行越来越全面分析。此外另一个重要方向是单细胞,即对单个细胞里面的DNA和RNA进行越来越细致的分析。


我感觉基因组的发展就像热带雨林,充满了神秘感,现在还处在不断吸引越来越多的人探索、不断发现新知识的阶段。我们发现基因和生命现象的关联越来越多,但还远远没有搞明白。生命的很多奥秘蕴含在基因组信息里面,而现在这些信息还远远没有被开发出来。生命科学要想发现新的规律,就需要大规模的基因测序不断产出新的知识,因此开发基因测序工具对生命科学来说本身是十分有意义的。比如说宏基因组,之前对于不同菌混在一起又不能单独拿出来培养的生物对象没有好的研究方法,宏基因组测序出现,能通过基因组学的方法对肠道微生物进行分析,这就产生了革命性的推动作用。所以我觉得,基因组学的发展过程,是技术进步带来了对基因组信息越来越全面深入的分析。


另外,测序也慢慢进入到临床应用中,对人群健康的指导意义逐步显现。因为基因测序是信息量非常大的生物信息获取方式,相比原先的一些简单方法,它的帮助也是非常巨大的。


基因组学未来发展趋势


我认为基因组学未来发展有几个趋势:一是不断提高分辨率。更详细地获取基因组信息,更精确获取单个细胞信息;


二是多组学数据整合。不仅是基因组序列,还包括基因组上的甲基化、基因组的三维结构、转录组,多维度数据的整体呈现,能够带来对生物现象的更全面的把握;


第三个层面是大人群或大物种群体测序。生命进化过程中发生的很多突变是没有目的性的,我们很难说它为什么存在,但它就是在那里,很多规律和现象我们没有办法去预测,只有不断发现,这才是获得知识的最有效方法,所以要进行大人群测序、大物种群的测序,去不断发现新的知识。这个过程不会减慢,只会因为技术的进步越来越快。测完了1万人还要测10万人、100万人,甚至到达“人人基因组时代”,我们总会发现新东西的,这是不可逆转的大趋势,就像探索热带雨林, 除非把整个热带雨林都走遍了,不然就不能说对热带雨林已经完全了解了。


生产和研发测序仪的真正区别:大量细节


我很幸运能够参与到基因测序仪开发的项目中来。如此这样大工程的仪器开发对曾经的我来说是全新的事情,好在我的经历与测序仪开发与许多共通之处还比较相符,比如在我博士期间时用过自动荧光扫描镜进行图像分析,这与和测序仪在整体架构上是有点相似的,这也让我能够在项目初期能够快速理解测序仪的工作原理,在项目过程中也是一边做一边学,收获极大。


在项目前期,我主要参与芯片开发比较多,比如把测序芯片的制作工艺从CG(Complete Genomics)转产到深圳。因为美国CG已经有芯片生产线,所以我们第一步是把那边的东西copy过来,我们经历了从一开始了解,到规划实验室,再一步一步把实验室建起来的整个过程。


有一个笑话是这么说的,一个小孩把玩具车拆了,装回去后说,你看我还多出来几个零件。我们当时把美国的整个芯片实验室转到深圳的过程copy过来的过程,就像是这个小孩在装玩具。我们把美国实验室的每一个角落都拍成照片,把每一个小东西标注上是干什么用的,然后再拿回国内照着装,但后来还是发现还是有些东西,即使拍了照片,也不知道有什么用,就拿回来了。


这个过程中,我认识到Research和Development的区别,Development是把整个研发工艺、生产线做出来,里面的细节非常之多是非常多的。我们也经历了这样一个过程。还记得2014年快过年的时候,深圳实验室第一次运行,当时想如果不顺利,我们就准备在在实验室过年了。到了大年二十七,我们第一次跑完整个工艺流程,芯片loading上DNB放到机器里面拍照,全流程下来非常顺利,发现芯片效果还是可以的,那时候大家都很雀跃那个时候还是很开心的。


基因测序仪的发展主要围绕几个核心关键指标:通量、成本、速度、测序长度、测序精度和整合度。高整合度让整个测序过程能够快速完成,普通人也能傻瓜式地操作,这对科研和医学方面的应用推广非常重要。


目前我们现在开展的研究项目主要是围绕基因组学,重点开发基因测序相关的技术,进一步提高测序通量,降低测序成本;探索不同的基因测序设备的原理和方法,同时,围绕华大的“读写存”进行不同方向的研发。


青岛华大智造,辐射东北亚的前沿基地


青岛智造是华大智造在北方非常重要的一个项目,也是华大在东北亚的一个重要基地。通过辐射日本、韩国和俄罗斯等国家,更好地支撑这几个区域的业务。


从2016年开始,华大首先就将研究院落在青岛,后面又加入了华大智造版块,可以说现在华大在海洋方面的研究主力军就在青岛,与此同时华大与青岛市政府开展民生项目的落地和覆盖,以民生需求来带动科研和产业,形成良性循环。


华大智造近期发布的并计划在青岛生产的几款新的产品,如DNBSEQ E便携式基因测序系统、DNBelab D模块化数字生物实验室、DNBelab C4便携式单细胞系统等,期望未来这些新的产品线可以给大家带来更多的惊喜。


疫情之下

生命科技工具对生命认知起到重要作用


在这次疫情中,可以看到华大智造的设备在全球各地发挥作用,借助基因测序仪可以追踪病毒变异,了解病毒本质;通过自动化设备,提升了病毒样本大规模检测效率。


希望未来我们能够不断研发和生产出领先优质的产品,期待和华大智造一起成长,一起见证基因组技术改变大家的生活、改变对生命的认知。

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