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专访 | 李明辉博士:用“表观星图”寻找每个人的专属“星座”

2018/05/29 生物探索
2017 年 12 月 28 日,“中国十万人基因组计划”启动。次年,“表观星图计划(Epigenetics Atlas Project)”也宣布启动,这是国内首个大型甲基化组项目,旨在通过与国内外基因组队列计划联动,建立中国人甲基化基准数据库,为表观遗传领域研究、应用和临床检测等建立基础数据库。近日,生物探索有幸采访了表观星图计划首席科学家、中科普瑞技术产品总监李明辉博士,请他分享了创建中国人甲基化数据库的故事。

不惑之年再启程

在读博期间,李明辉博士主攻的是动物遗传图的构建。为了更贴近人类健康与临床,李博士在中国科学院和生物芯片上海国家工程研究中心联合培养的博后工作期间,开始了肝癌甲基化异化谱方面的研究,主要对包括肝癌的应用甲基化进行诊断、分型以及预后等方向。正是这段经历,让他与甲基化的表观遗传修饰结下了不解之缘,为之后从事科技服务行业奠定了科研基础,为表观星图计划的成立提供了初始契机。

2017年启动的“中国十万人基因组计划”,是我国在人类基因组研究领域实施的首个重大国家计划,通过收集十万人的基因组、表型和暴露组等数据,绘制中国人精细基因组图谱,来研究疾病健康和基因遗传的关系。“但该计划还缺少重要的一环,”李博士一语中的,“人的复杂疾病是在环境和基因组的共同作用下导致的,而环境对于基因组的影响有可能是通过表观遗传的现象而产生的。如果把表观遗传方面的数据加入基因组计划,将会对十万人基因组计划产生锦上添花的效果,使珍贵样本的数据更加完整。”

随后,李明辉博士组建了表观星图技术团队并负责十万人基因组甲基化计划。被问及为何不惑之年还选择再出发时,李博士回答道,“在我十几年的科技服务过程中,接触到了包括方案设计、数据分析、论文撰写等众多项目内容。这当中也看到很多遗憾,比如课题因经费不足,不能进行全方面的实验设计而被迫选择从某一角度进行研究,但是这样得到的数据并不具备代表性。另一方面,受限于甲基化研究的技术手段和价格,研究者往往会放弃这方面的研究。我们希望通过‘表观星图计划’,能够为中国科研提供自己的力量。”

表观星图计划

表观星图计划是国内首个大型甲基化组项目,通过与国内外基因组队列计划联动,以及与Illumina公司的战略合作,建立中国人甲基化基准数据库,为表观遗传领域研究、应用和临床检测等建立基础数据库。该项目计划首期将完成十万人甲基化芯片与大数据分析(2018年计划招募首期星图计划参与课题,免费提供10000例DNA甲基化芯片用于项目研究),后期逐步扩大范围,通过甲基化基准基因数据库的建立,为科研和临床研究,乃至临床检测等应用提供基础数据库,并建立相关标准,为国内各科研单位和医疗机构的精准诊断和精准治疗提供甲基化层面的基因数据保证,同时为全球华人的精准诊断提供更为精准的参考。

对于合作,表观星图团队会优先选择如医院、科研院所、大学等有基础的单位。对于一些来自社会力量的合作需求,李博士表示,也会基于科研意义进行选择性合作。另外,由于目前的科研主要关注健康领域,对于一些老百姓感兴趣的内容,比如与年龄、长寿相关问题等,如若在表观星图计划中遇到,团队未来可能也会开展相关的趣味性研究。

作为计划的首席科学家,李博士对表观星图计划的未来充满期待。“对于每个人而言,基因组是生来就固定的,但表观基因组则会随着时间变化。这时候,患者的病症就需要从基因组上的突变精细到表观组学上甲基化的某些变异区分,而这些甲基化的变异又由那些非编码RNA所调控,通过表观星图计划,会把基因组、甲基化组等信息形成一个能够充分利用的数据网络,这个网络就相当于一个星图,它能帮助每个人在“星空”中找到属于自己的位置,患病的时候可以得到一个更精准的指导和治疗。”李博士这样畅想着。

那么,该计划何时能运用于临床,让老百姓获益?李博士表示,当前世界各国都在为精准医疗努力,因为我国是一个多民族的国家,各个民族之间的基因组与表观基因组之间也有系列的差异。但是,如果能通过某一患者的突变基因或变异的甲基化的位点以及表达改变的这种图谱找到一个很接近的人,而后者刚好已经得到有效的治疗,那么就可以将该人的治疗方法用于指导现在的患者。

李博士进一步说道,受限于已有的治疗方法或者批准的靶向用药的种类,目前的肿瘤精准治疗大多针对少数几个基因的变异情况,很难考虑到其他基因的突变以及甲基化异常和基因表达的变化。未来,我们希望能通过多组学的模式更细致的对每一个体的变异进行细分,对新的样本进行更加细致的指导。

AI碰撞生命科学

2月15日,Nature杂志以长文形式发表AI和甲基化的最新研究成果,研究人员基于肿瘤组织DNA的甲基化数据,开发了一个新的机器学习程序,可准确区分约100种不同的中枢神经系统肿瘤。对于这项研究,李博士也有自己的见解:“这是一项非常有意义的研究,为未来我们对于肿瘤的研究提供了有效信息和指导。”

“当下,我们主要关注基因突变,实际上基因突变的原因极其复杂,所以需要加入一些其他组织的数据进行辅助性分型或诊断;”李博士说道,“对于中枢神经系统来说,脑细胞种类繁多:近几年通过对大胞神经元的单细胞转录组与甲基化测序发现,人的脑细胞分为很多不同类型的细胞,而这些细胞间的差异表现在不同表观基因组修饰以后形成的转录组、蛋白组。如此多的脑细胞癌变以后,治疗方式势必也要进行不同的划分。所以在这篇文章中,作者建立了通过甲基化谱对一百多种中枢系统的肿瘤进行划分的标准,对我们以后对中枢神经肿瘤的治疗提供了有效的指导。”

鉴于人工智能和生命科学技术的飞速发展,李博士相信,未来两者还会碰撞出更多的火花。他进一步解释道,“以现在的图像识别为例,AI诊断的准确率已经能够超过大多数医生。未来,临床诊断将是一个基于系统生物学的研究,这其中的数据非常之大,涉及到的知识面和彼此之间的相互联系相当复杂,单纯靠某个研究机构或课题组进行分析是非常困难的,这就需要人工智能对已有的知识进行综合,将它们整合成网络,之后通过继续学习及人工智能的方法对不同组学、来源的数据进行有效的学习去指导科研及临床治疗。”

结语

采访的最后,李明辉博士期待,这个由一群“老兵”携手创建的新公司——中科普瑞,能为大健康事业贡献一份力量。他表示,未来,表观星图计划联合中科普瑞将为中国的科研与临床做出更多有价值的事情。

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