【華大集團董事長】汪建 生物技術要與IT融合發展

文/記者李斌 |2021.07.11
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與華大基因有合作關係的外國科學家,在工作之餘喝咖啡。圖/新華社
華大基因董事長汪建。圖/新華社
在深圳華大基因總部,工作人員在基因測序實驗室工作。圖/新華社
工作人員在國家基因庫-20℃冷庫,查看血液樣本。圖/新華社
參觀華大基因香港「火眼實驗室」。圖/新華社

文/記者李斌

二○○○年六月二十六日,二十世紀三大科學計畫之一,經過美、英、法、日、德、中六國科學家的共同努力,人類基因組工作框架圖宣布繪製完成。

從基因組到蛋白質組、轉錄組、代謝組等多組學發展,從基因檢測、疾病早篩早治,到識別、構築未知生物的防疫戰線,二十多年來,伴隨著人類對「生命天書」認識的逐步深入,人類基因組計畫為生命健康領域帶來許多變化。本文專訪當年參與人類基因組計畫「中國卷」繪製工作的汪建,如今他是華大集團董事長、聯合創始人。

生命都有獨立特徵

記者:你如何看二十一世紀前二十年基因組學或多組學的發展?怎麼評價「組學」發展狀態?

汪建:組學(生物學中對各類研究對象的集合所進行的系統性研究)是一個很有爭議的領域,也是很有意義、很有發展前景的領域。如果做時空上的比較,也許更容易理解。二戰後,一系列大科學裝置的建立,促進人類對自然的認知。這些大科學裝置後面都有一個重大支撐力量,就是計算。從普通計算到超級計算,再到智能計算,我們對人類、自然的認知有了前所未有的進步。

記者:和生命科學、基因組學有什麼關係?

汪建:生命科學大概比物質科學的研究和實踐晚了三、五十年。從一九五三年DNA雙螺旋結構發現,到一九九○年代人類基因組計畫啓動,人類終於有可能從生命的最基本結構上,去認知生老病死,認識生命起源。

以人來說,它最早是從一個受精卵開始,人類基因組有三十億個鹼基對。這種巨大的數據量,如果沒有組學的方式系統研究,僅僅依賴過去的分子生物學和還原論的模式,解決不了問題。所以在認識論上,一定要按照生命的中心法則,從根上、從基因開始去認識生命。這就是人類基因組計畫啓動的根本原因。

當本世紀初宣布人類基因組計畫完成的時候,就發現一個人的基因組(即「基因體」)遠遠不能代表人類整體。每一個人都是獨立的個體,每一個生命體都有它的特徵,所以就牽涉到大人群基因組學研究。

人類科學史上革命

記者:怎麼才能推動生物技術和信息技術的融合創新?

汪建:基因組也好,蛋白質組也好,其他組學也好,往往要產生海量數據。當數據大量產出的時候,BT(生物技術)與IT必須融合發展,要有全新的算法、算力、存儲模式。

我覺得,基因組科學的革命是生命科學史上最偉大的革命之一,並且帶來更有影響力的一場革命。從人體解剖到顯微鏡,到對生老病死的真正解讀,每上一個台階,就會帶來更廣闊的認知和突破。

記者:華大基因是如何成為世界最大基因組學研發機構的?

汪建:華大從一九九○年代開始做基因測序,產出K量級的數據,也就是十的三次方。從單個鹼基到單個基因,從平板測序到毛細管電泳測序,產出數量已經到了M量級,也就是十的六次方。華大有幸經歷了這個過程,當年我們承擔了人類基因組計畫百分之一的任務,一台機器一天能做十的六次方的數據,那時候覺得是一件了不起的事情。

後來有了新的技術突破。二○○七年,伴隨新的測序技術,一台機器一天能完成十的九次方,也就是G量級的數據。我們抓住歷史機遇,快速往前推進,但同時也意識到在儀器設備、試劑耗材上受制於人,要真正推動生命科學的革命性進步,手裡沒有掌握真正的工具和技術,是不太可能的。

所以我們通過購併、消化、吸收,實現了完全自主創新,生產了能一天產出T量級數據的高通量測序儀器。在過去幾年裡,我們在測序儀上不僅保持與國際同步,而且在某些領域實現了跨越發展。根據自然指數年度榜單,華大已連續六年奪得亞太地區生命科學產業機構第一。

正因為有了高通量測序等手段,有了海量數據的迅速捕捉、識別,人類在面臨未知病毒等未知生物時才有了快速甄別、反應的能力。新冠病毒就是如此。從武漢到北京新發地,再到這次廣東疫情,防疫過程都是如此。我之所以反覆強調高通量,是因為只有高通量才能實現大規模、低成本。

掌握工具才能進步

記者:回顧人類基因組工作框架圖繪製以來二十多年的歷程,最大的感悟是什麼?

汪建:這二十多年,我們最大的體會,就是隨著技術進步、工具突破,必然推動IT技術的革命。從算力到算法到存儲都要更快,通量更高、成本更低、耗電更少、保存可靠度更高,這就是大人群基因組學和時空組學帶來的必然結果。

如果把二十世紀作為一個階段的話,過去幾百年來積累的科學技術和認知,現在基本中等發達國家都能夠接受,我姑且把它叫做紅海。二十一世紀初,這二十年來的大人群基因組學研究,它還是個藍海,只有少數國家和機構能做。身處這個藍海中,我們希望能夠解決一些遺傳病、傳染病和腫瘤早期發現問題。

更重要的是二○二○年以來時空組學的發展。時空組學這個名字是華大提出來的,是在時間和空間上進行基因組、表達譜、多組學的研究。這是一個深藍色的海洋,是一塊完全未被探索的新領域,也是千載難逢的機會。

健康和價值是發展方向

人類進入生命時代

記者:有發達國家宣布繼農業經濟、工業經濟、信息經濟之後,人類已經進入生物經濟時代,你怎麼看?

汪建:人類進入的不僅僅是生物經濟時代,我認為應該叫「生命時代」,生命時代從為了人類生存、發展的歷史階段脫胎而出,是一個以生命的健康、價值、意義作為未來主要發展方向的時代。

從原始社會、農耕文化、工業時代到信息時代,這樣一個大的以千萬年計的歷史發展過程,人類為了更好地生存而奮鬥,生老病死被看成是自然規律。但是當物質比較富足的時候,對生老病死的看法和掌控就提高到一個前所未有的歷史階段。所以,生命的價值首先是解決生老病死問題,之後是讓人在精神上有更多的滿足。

一天達210萬份樣本

記者:對中國來講,到了生物經濟時代,是否有超越的機會?

汪建:科學家可以做的是「以成證知」——拿成果來證明這樣的認知是一條發展道路。在產業一體化上,華大集團已經走出一條全新路子。如果能給我們兩個「助力」,我們就可以加快「以成證知」的過程。

第一是在基礎科學上重點支持,比如說時空組學。我們現在發起時空組學這麼大一個項目,是以我們為主做。中央政府、深圳市委市政府,以及其他一些地方政府給予我們很大支持,但創新源頭還是在華大自身,創新土壤則是國家大環境,如果能給一些重點扶持和支持,我們會突破更快。

第二科學突破需要巨大無比的應用場景。拿出百萬人、千萬人這麼大人口的數據量,在時間上可持續地觀察,才能夠對生老病死給出一個有力回答。新冠病毒疫情來襲,我們在北京、香港、石家莊、廣州做核酸檢測,在空間上不斷顯示我們的能力。比如我們從武漢最開始一天做一百人份核酸檢測樣本,現在廣州一天能做二百一十萬人份樣本。

現在,我們要在時間上也構建能力。比如說腫瘤,它是慢性疾病,需要百萬人、千萬人的數據量。我們需要的也是應用場景。我們一天能夠做幾百萬人的新冠核酸檢測,也可以同樣做百萬人的腫瘤檢測。很多有明確標誌物的腫瘤,完全可以用新冠核酸檢測的模式去做腫瘤核酸,也完全可以在出生缺陷防控上以同樣模式實現全覆蓋。

對新冠病毒疫情,我們有充分的舞台展示能力。我們的火眼實驗室已在全球近三十個國家和地區落地八十餘座,那不僅僅是氣膜,更關鍵是裡面有我們幾乎全套的裝備。

比如華大智造高通量自動化病毒核酸提取設備MGISP-960,通量達到八十分鐘一百九十二個樣本,一人可同時操作三台儀器,大大加快規模化樣本檢測速度。但是在出生缺陷防控、腫瘤防控上,我們還缺乏這樣的應用場景。

新華社港台部供稿

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