“第一个真正的全球范围的基因组测序项目，能让世界上数千名科学家和数百万民众参与，所产出的数据超过1EB（相当于1亿部高清电影，播放2.3万年），将推动全新计算算法、分析方法和模型的创立，革新我们对生物学的理解，有望极大改善物种保护工作，并为农业、医药和生态系统服务提供新的基因资源。”

4月24日，《美国科学院院刊》正式发布“地球生物基因组计划”（EBP）科研展望文章。华大基因是该项目的发起单位之一，他们称，这是继人类基因组计划之后，生命科学领域又一件大事，堪称生物“登月计划”。

华大联合创始人、华大基因理事长杨焕明，华大首席执行官、华大生命科学研究院院长徐讯，深圳国家基因库副主任张国捷均参与其中。徐讯表示，这一具有里程碑式意义的项目将帮助我们全面了解地球生命演化的奥秘。

将免费公开共享数据

徐讯介绍，地球上生存着1000万至1500万种真核生物以及数万亿种原核生物，但实际上已经被人类认识的只有约230万种，完成基因组测序不到1.5万种，而且其中大部分是微生物，相对复杂的高等动植物只有约1000个物种的基因组被破译。人类通过对这极小一部分地球生命的认知，已在农业、医药、生物产业以及濒危物种保护方面取得了巨大的进步。

因此，科学家大胆提出EBP项目，计划在未来10年对所有已知真核物种的基因组进行破译，并利用基因组学技术来帮助发现目前科学界未知的剩余80％至90％的物种，以完整地覆盖地球上的所有物种。徐讯表示，根据项目计划，科学家将对所有真核生物的基因组内容进行全面编目，并免费公开共享数据，作为未来科学发现的永久基础。

样本采集面临挑战

徐讯介绍，由于EBP项目面临许多挑战，需要全球协作；需要基于新的样品存储标准，对全球物种资源做更精细和深入的调查和收集；庞大的数据量和运算量将极大地挑战IT存储和运算技术；需要更多的专业人力投入到整个计划的各个阶段，从样品收集到数据分析，需要培养大量的新一代专业人才等等。

其中一个主要的挑战就是样本采集，EBP项目需要制定收集凭证样本的全球战略，并使这些凭证样本能被充分保存，以便生产高质量的基因组序列。地球生物多样性的分布特性以及世界偏远地区存在的生物多样性热点，如亚马逊盆地或婆罗洲，将使许多生物体的收集成为一个明显的挑战。

经费需求低于人类基因组计划

虽然面临着诸多挑战，但科学家对于EBP项目充满信心。研究者们完成该项目的信心来源之一，是不断下降的测序成本与不断进步的测序技术。徐讯介绍，人类基因组计划之后，个人全基因组测序成本不断降低，由最初的30亿美元下降到现在的600美元，甚至可能更低。作为全球领先的基因组学研发中心，华大已相继推出了多款自主研发的测序系统，将运用这一优势，助力EBP项目的实施。

该项目总计划经费需要47亿美元，按照现在的经济购买力计算，比当年人类基因组计划的花费还要低。人类基因组计划的投入，已经将整个行业建立起来，产生了近1万亿美元的经济效益。

徐讯表示，EBP项目将提供新的视角、认知及资源，让人们更好地应对主要由于人类活动和气候变化造成的生物多样性和栖息地变化的威胁。

（来源/科技日报）

( 作者/刘传书）

造福万世，这个项目打算测序所有动植物物种的DNA

2018年5月30日，据SingularityHub报道，过去10年，生物技术的进步已经促使医药、食品、生态和神经科学等领域取得快速进展。随着这些进步，我们有了更大的发展目标：我们有能力生产更多的粮食，这意味着我们也许能够进一步改造它们，使它们更健康；建立能读取基础思维的脑机接口，这可能意味着更先进的接口最终将能够读取复杂的思想。

在这些迅速发展的领域中，进步特别快的一个领域是基因组学，它的野心也同样在迅速增长。地球生物基因组计划（Earth BioGenome）旨在对地球上所有已知的真核生物的DNA进行测序，这是个技术进步和雄心相结合的光辉典范。最近发表在《美国国家科学院院刊》杂志上的一篇论文，介绍了有关该项目的最新细节。据估计，这个项目可能需要耗时10年，花费47亿美元，并需要超过200PB的数字存储空间。这些统计数字听起来十分庞大，但实际上它们与基因组测序的历史相比却是微不足道的。

以人类基因组计划(Human Genome Project)为例，该项目是个公共资助项目，旨在对第一个完整的人类基因组进行排序。这项工作花了十多年时间，从1990年开始，直到2003年才完成，总共花费了27亿美元(相当于今天的48亿美元)。现在，地球生物基因组计划的目标是利用直线下降的成本，对地球上所有已知的真核生物基因组进行排序、分类和分析，其所耗费时间和成本与15年前大致相同。

“真核生物”指的是除了细菌和古生菌以外的所有生物，包括所有的植物、动物和单细胞生物。据估计，地球上大约有1000万到1500万个真核生物物种，从犀牛到栗鼠再到跳蚤(还有更小的生物)。在我们所记录的230万个物种中，我们已经测序的还不到15000个物种。

令人印象深刻的是，科学家们在进行这个项目时，你可能会想，这有什么意义？研究人类基因组有明显的好处，但是我们能从破解犀牛或跳蚤的DNA中得到什么？地球生物基因组计划基本上可以让科学家们对地球上已知生命的高保真度、数字基因快照进行研究。

项目领导人之一、伊利诺伊大学卡尔·伍斯基因组生物学研究所主任、昆虫学教授吉尼·罗宾逊（Gene Robinson）说：“该项目最伟大的遗产将是建立完整的生命数字图书馆，它将引导未来几代人的发现。”

人类基因组计划的投资回报率估计是141比1，这只是金融方面的好处。这个项目极大地促进了我们今天所知的平价基因组学的发展，这一领域有望加快发现致病基因突变的速度，并帮助他们进行诊断和治疗。新的基因编辑工具（如CRISPR）已经出现，也许将来能够治愈基因疾病。

如果这种回报率同样适用于数百万个物种，那么从中获得的洞见以及由此带来的具体利益可能是巨大的。例如，对农作物的基因组研究已经帮助培育出生长更快、产量更高并对害虫和恶劣天气有更高抗性的新作物。

研究人员可能会发现新的药物，或发现更好的方法来改造用于制造或能源的有机体。他们将能够找出复杂的发现，比如各种物种如何和何时进化的信息，这些信息到目前为止都被埋在历史深处。

在这个过程中，他们将创造出世界物种数字基因库。还有什么其他有用的基因会潜伏在那里，帮助启发新一代的合成生物学家？

著名物理学家弗里曼·戴森(Freeman Dyson)2007年曾说过：“将来，设计基因组将是一件私人的事情，一种与绘画或雕塑一样具有创造性的新艺术形式。新创造的作品很少会成为杰作，但很多作品会给它们的创造者带来欢乐，给我们的动物和植物带来变化。”

仅仅过了十多年，他的愿景就像不久之前的科幻小说一样，正在接近现实。地球生物基因组计划会将地球生命的基因调色板放置在未来合成生物学家的指尖上。

但这还不是个完整计划。除了资金外，该项目的许多细节还有待完善。其中一个最大的问题是，科学家们将如何完成收集地球上所有已知物种完整DNA样本的庞大任务。有些博物馆的标本将会被使用，这样DNA就能产生高质量的基因组，但很多物种标本可能没有被保存下来。一个重要的样本来源将是全球基因组生物多样性网络。

罗宾逊说：“基因组学能帮助科学家开发新药物和可再生能源，养活不断增长的人口，保护环境，支持人类的生存和福祉。地球生物基因组计划将让我们了解生命的历史和多样性，并帮助我们更好地了解如何保存它。”

（来源/网易科技）

重大调整！人类基因组编写计划转向制造“超级细胞”，“抗病毒人类”有望降生

        日前，自诞生以来就颇受关注的“基因组编写计划“（GP-write）宣布重大调整：项目的重点将由合成所有人类基因组碱基对转向重编码基因组，以制造对病毒感染免疫的细胞。

        GP-write发起于2016年6月2日，当时项目发起人宣称将筹资1亿美元，在实验室从零开始设计并组合所有人类基因组，项目预计历时10年。该研究也被认为是人类正在向“造物主”靠拢，引发了对于实验室人造人（labmade humans）的强烈质疑与担忧。而随着该计划的艰难起步，最初的这一想法已渐渐被束之高阁。

        前不久，GP-write科学工作会议在波士顿召开，GP-write领导人宣布，将组织国际科研合作团队，共同进行“重编码计划”，旨在改变细胞基因结构，抵抗病毒感染。

        纽约市纽约大学Langone医疗中心遗传学者 Jef Boeke说，新发布的项目更为具体，旨在对人类及其他物种的细胞进行重新设计，使之“极度安全”，同时，也代表了“贯穿GP-write始终的主题”。

       而他也将与哈佛大学著名遗传学者George Church、纽约市Nancy J Kelley + Associates 律师行 Nancy Kelley 律师、旧金山软件公司Autodesk Research的 Andrew Hessel 共同领导此项目。

        那么，这是否意味着抗病毒人类即将出现？根据 George Church 的说法，存在这种可能性。作为 GP-Write 项目的领军人物，他曾表示重编码人类将是合成生物学的“巅峰”。

图丨George Church

        目前，GP-write 和其管理机构“卓越中心（Center of Excellence）”并不会为新计划提供资助。Kelley说，“我们正在计划寻求基金会、慈善投资人或政府出资人的帮助。”

        但是，一旦新项目能像最近完成的合成酵母基因组项目那样，就“构建极度安全的细胞”这一目标，与全球其他合成生物学实验室展开合作，那么该项目也能获得实际收益，收益来源之一就包括各大药厂。这是因为，一旦用于生产药用蛋白的细胞遭到病毒感染，药厂有时就要被迫停产。而耐药细胞系则更安全有效，对药厂的检测要求也更低。

图丨Farren Isaacs

        GP-write 科学执行委员会的成员、耶鲁大学的生物工程师 Farren Isaacs 表示，更广泛地来说，该项目可能有助于研究人员超越 CRISPR 等编辑工具的限制，不再局限于在几个特定位置对 DNA 进行调整，而是对基因组进行更广泛的重新设计。

        他设想，未来的方向是“通过重新编写基因组……赋予生物体全新的功能”，比如，拥有那些只有在严格控制的生物防护实验室环境中才能发展壮大的能力。除抵抗病毒以外，GP-write 组织者还在考虑开发其他极度安全细胞特征，例如抗癌性突变、抗辐射、抗寒等。

抗病毒基因序列

        想要细胞不受病毒的侵害，就需要对其进行“重新编码”，即改变DNA序列中被认为是“密码子（编码蛋白质的氨基酸结构单元）”的碱基顺序。

        由于多个密码子可以代表相同的氨基酸，研究人员可以置换出多余的密码子，但不影响细胞的重要功能。当病毒劫持细胞并尝试复制时，其需要依赖可将这些密码子翻译成蛋白质的细胞机器对其基因进行解码。通过完全消除某些密码子，研究人员可以安全地摆脱这些细胞机器。

        德国马尔堡菲利普大学染色体生物学家 Torsten Waldminghaus 说，重新编码的细胞无法解码、传播病毒，因为它们“基本上是鸡同鸭讲”。他并没有参与GP-write。

        根据 GP-write 最新的声明，如果要让人类细胞具有病毒抗性，那么将改变至少400,000个基因组。

图丨病毒感染了一个细胞系

        Isaacs 说，根据新基因组的设计方式，该项目可能仍然严重依赖基因编辑，即交换已有 DNA 序列上不同位置的碱基。但是为了将密实填集的密码子换成基因组的某部分，甚至将来插入全新的基因组，研究人员将不得不设计和运送更大范围的实验室合成的 DNA 。

         该项目可能需要 GP-write 参与者们的实验室技术。2005年，当 Isaacs 还在 Church 实验室做博士后研究员时，他就开始进行试验，重新编码细菌大肠杆菌基因组。在2013年的一篇论文中，Isaacs、Church 和其同事通过单个置换大肠杆菌中全部321个密码子，使其可以抵抗某些病毒。现在，以上两个实验室研究都正在努力去除其他大肠杆菌密码子。

        在谈到重新编码这一想法时，Waldminghaus 说：“它在大肠杆菌中已初见成效，我希望它对人体细胞同样有用。虽然这并不是令人惊讶的科学‘新鲜事’，但我还是认为把时间花在上面是值得的。”

（来源/DeepTech深科技）

（编辑/高凡）

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