基因组学铸枪师

基因组学“铸枪师”

就像好莱坞英雄类题材电影中，完成一项特殊任务通常要集结拥有不同特长的各路强手一样，研发一台基因测序仪更是需要生物、半导体、光学、材料、自动化控制、图像处理、机械工程、软件工程等多个领域的联合攻关。 中科院北京基因组研究所基因测序仪研发团队 ■本报记者王庆 任鲁风和他的同伴们这几年心里最大的念想就是做一把“好枪”。在他们所处的基因组学研究领域中，测序仪的优劣就好比士兵在战场上有没有得心应手的枪。 我国是曾参与“人类基因组计划”仅有的6个国家之一，近年来有关“中国完成某个物种基因组测序”的报道时常见诸报端，但光鲜背后难掩的尴尬却是，我们始终难以摆脱对进口测序仪器的依赖。 “拿着别人造的枪，装着买来的弹，打着别人打剩下的鸟。”中科院北京基因组研究所（以下简称基因组所）党委书记杨卫平说，“没有自己的仪器和测序技术，我们只能跟在别人后面走，根本谈不上超越。” 做自己的测序仪 基因组所技术研发中心主任于军认为，如果把基因组学比成一个交通系统，测序仪就是车——“我们如果连车都没有，怎么跑？” 任鲁风在担任基因组所技术研发中心常务副主任之后，考虑最多的也是基因测序仪受制于人的问题。 近来基因检测用于医疗健康最广为人知的故事，便是美国影星安吉丽娜·朱莉通过基因检测获知自己患乳腺癌的几率高达87%，从而预防性地进行了乳腺切除手术。 “可是目前国内市场上的主流基因测序设备及其配套试剂均依赖进口，据估计仅2013年我国在仪器和试剂上的投入就会消耗20亿元。”任鲁风说。 在此背景下，打造先进的国产基因测序仪器成了基因组所这支国家队最重要的任务之一。 跨学科联合攻关 就像好莱坞英雄类题材电影中，完成一项特殊任务通常要集结拥有不同特长的各路强手一样，研发一台基因测序仪更是需要生物、半导体、光学、材料、自动化控制、图像处理、机械工程、软件工程等多个领域的联合攻关。 为此，基因组所邀请中科院半导体研究所加盟。在项目的筹备阶段，双方会定期聚在一起，相互学习对方的专业知识，为跨界合作进行储备和磨合。 不仅如此，基因组所还向中科院电子所、计算所等多个相关科研机构寻求智力支持。已经退休的冯玉臣就被特邀出山，负责测序仪的机械结构设计和硬件集成。退休前，他是中科院电子所从事机械制造专业工作多年的高级工程师。 对于研发基因测序仪，任鲁风之前的经历似乎冥冥之中在为此作着准备。他的父亲是光电子学研究者，他本人大学读的是生物专业，曾在医院的检验科工作，也在企业里负责过研发和投融资管理，可谓“杂家”。在于军对科研方向的整体把握下，任鲁风成为了测序仪研发各项具体事务的实际负责人。 在详细论证后，科研团队选择正处于主流阶段的第二代测序仪作为突破口。尽管对于联合攻关的困难已有一定估计，但进入到实际操作阶段，任鲁风还是深深感到，想造一把基因测序的“好枪”着实不易。 “通过生化反应产生光学信号，然后进行图像处理、软件分析等等一系列复杂的过程都需要科学严密的设计和控制。”作为从总体到各个环节的负责人和协调者，任鲁风必须熟悉每个步骤的实际工作。 任鲁风觉得，自己必须从头到尾做一遍，心里才有底。有的细节问题，在北京解决不了，他就和同伴跑到外地去解决，合作方不能很好满足需要时，他们就会亲自动手直至达到预期的标准。 此外，资金的限制也是一大难题。有人开玩笑说：“这是在用买一台设备的钱来造一台设备。”难度可想而知。 向量产进军 尽管如此，这支团队还是向最终目标一步步迈进，历时两年半时间完成了第二代测序仪研发项目，于2011年实现原理样机和性能验收，部分性能指标超越同类进口产品。 这是我国第一台能够达到国际主流设备技术指标的国产化第二代测序仪，且成本低于进口设备的1/2以上，应用成本低于进口设备的1/3以上。 此后，基因组所自主投入完成了该项目的工程化和产品化开发，并形成其自主知识产权集群。 对于基因组所的成果，时任中科院副院长李家洋特地发来的贺信中写道：“很高兴听到这一令人振奋的好消息”，并且“完全赞成”将其进行产业化的想法。 为推进成果转化，基因组所寻求商业力量介入，联合上市公司紫鑫药业共同推进测序仪的产业化。 事实上，此前他们就已经在人参基因组和中国人参资源普查等研究领域进行了多年的紧密合作。 作为这支基因测序“铸枪师”团队的重要成员，基因组所副研究员王绪敏对利用基因测序摸清人参资源的科考经历记忆犹新。 这次调查历时3个月，投入10辆采样车，30余名科研人员，行驶2.5万公里，途经21个县市，97个乡镇，走访近300个村屯，深入近1000块参地，足迹遍布吉林省内所有人参产区，共采集各类样本3万余个，建成了国内首个人参物种种质资源库。 在这一过程中，基因组所团队成员杨伯阳脚踝受伤但没有离队，乡下医疗条件差，伤病没有得到及时深入的检查，完成任务回京后才发现是跟腱断裂补做了手术；有的年轻队员则为坚持做完整个调查项目而修改了此前定好的婚期。 虽然经历了各种困难，但率队参与这次调查的王绪敏和任鲁风都感到，基因组所和企业之间的信任和默契也因此逐渐建立起来了。 在前不久召开的国际基因组学大会上，基因组所和紫鑫药业就合作开发第二代高通量测序系统项目正式签订了投资意向协议。双方都期待着，在不久以后能用上自己国家铸造的“好枪”，取得更多更大的成果。

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