生命科学研究走向精确量化

——中科院计算生物学研究所所长金力谈计算生物学

        在岳阳路320号的大院里，一个平日里默默无闻的研究所——中科院上海生科院计算生物学研究所，最近频频亮相国际一流学术杂志：12月10日，美国《科学》杂志发表由该所主导的国际合作研究计划——“亚洲人群遗传多样性研究”的最新成果。前推十几天，该研究所的另两项成果，也分别发表在国际一流学术期刊上。



        伴随高密度、高质量的论文亮相，“计算生物学”的名字引起了人们的好奇。近日，记者专访了该所所长金力教授，请他为公众解读这个尚处于公众视野“盲点”的学术领域。



基因计算揭秘人类迁移路线



        生物也能被“计算”？金力的回答是肯定的。如果将生命体看成一架极其精密的机器，那么每个生命活动，诸如蛋白质表达、细胞间的信号传送，都可以通过计算机的模拟计算来重现。作为一门新兴学科，计算生物学使得传统生命研究走向定量化、精确化，而且可以在系统层面上进行观察研究，“这将是未来生命科学研究的重要发展方向之一。”



        发表在《科学》上的最新成果，就是一个典型案例。他告诉记者，“亚洲人群遗传多样性研究”是启动于2005年的“泛亚SNP计划”第一期成果。“人类首个全基因组测序完成后，科学家又开始为更多的人进行基因测序，结果发现每个人的基因序列都不尽相同，同一个基因会有不同的变异形态。”于是，2005年，国际人类基因组组织成立了泛亚SNP计划组，由90多位来自中国、印尼、日本、马来西亚等11个国家和地区的科学家，组成研究团队，对70多个亚洲代表人群进行遗传研究，从中寻找人群的遗传规律。



        金力告诉记者，在4年中，整个研究团队收集并检测了1700多个样本，每个样本检测了6万多个基因位点。在对海量数据进行挖掘、分析后，他们发现，这些人群的基因特征有点像“合金”，各种来源的基因以不同的“配比”结合在一起，在表型上就成了不同的代表人群——将人群基因进行这样的量化，离开计算生物学，简直是不可想象的。



        同时，根据这些代表人群“基因合金”中基因成分出现的早晚差别以及其它因素，科学家还得到了非常有意思的结论：现代人走出非洲后，在距今3-4万年间到达了亚洲最南端，再由那里向北迁移，分布到了东亚各地。“在1万年前，海平面比现在低200-400米，所以南亚次大陆、东南亚各岛都有陆路相通，古人类向北扩散没有大海的阻隔。”



电子玉米和水稻模拟光合作用



        通过基因多样性的统计分析来“重现”史前人类迁移的过程，的确是充满想象和挑战的一个课题。在计算生物学所，这样貌似“匪夷所思”的课题比比皆是。



        冬眠帮助很多动物度过严酷的冬天，而它们的身体是如何知道该何时冬眠何时醒，又如何靠维持接近零度的体温，以及近乎正常情况下百分之一的新陈代谢，来度过整个冬季的？11月底，该所研究员严军领导的课题组发表了一篇关于“动物冬眠中的蛋白质代谢变化”的论文。他们与美国学者合作，通过计算手段，构建了全新的北极地鼠蛋白库，发现了个中的无穷奥秘。



        同样是粮食作物，玉米的光合作用效率为什么比水稻高？计算生物学所有一个课题组就利用计算机技术，建立起了“电子玉米”和“电子水稻”模型，一步步演示其光合作用的过程，并从中发现了不少蛋白质“开关”，或许在未来能为提高水稻产量出力。



        精神分裂症是人类大脑进化的副产品吗？是哪些基因位点的进化使古猿变成了人？……金力告诉记者，计算生物学所自2005年建立以来，在世界计算生物学领域一直保持着先进水平，“随着生命科学的发展，可以量化研究的领域将越来越多，计算生物学的发展空间也会越来越大。” (责任编辑：泉水)

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