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基因探索,也是一种ways of being

2024.03.27

在距今6500万年前的侏罗纪森林中,一只蚊子落到了一只庞大的恐龙身上。它开始享用它的晚餐了——把吸管深深扎进恐龙的皮肤里猛吸一口,把肚子撑得溜圆。刚吃饱喝足的蚊子这时候树上落下了一滴松脂,正好落在这只刚吃饱喝足的蚊子身上……6500万年后,这块树上滴落下来的树脂已经变成了琥珀化石。而被困在里面的蚊子仿佛是被密封在了时间胶囊中,连同它肚子里的那滴血。


1993年的某一天,一群科学家发现了这块琥珀化石。他们小心翼翼地从蚊子体内的恐龙血液中提取出了恐龙的基因。最后,恐龙被这些科学家成功地克隆出来……




这是很多人都熟知的1993年版《侏罗纪公园》的片头。


在此后的20年里,电影片段正一步步成为现实:1996年人类成功克隆了多利羊;2013年,瑞典斯德哥尔摩大学等单位的研究团队从在西伯利亚永久冻土层中发现的猛犸象象牙中成功提取并分析了至今165万年的DNA片段……


随着DNA测序技术和生物信息分析技术的进步,也许,克隆史前生物可能不只是科幻电影?人类正在研究细胞逆生长成干细胞,最终培育器官,通过替换器官达到永生,如果在未来的某一天,连“死亡”都不再平等,人类的价值观会被如何影响?(来自Y10陈同学的提问)……


带着对基因和生物科学的疑问,来自华附国际部过百位师生,穿梭于广深两地,利用14小时完成了基因探索“特种兵”之旅。



基因库里的“存读用”

坐落于大鹏新区的深圳国家基因库(简称“国家基因库”),远离闹市喧嚣、依山而建,外观仿若巨大梯田,其建筑灵感正来源于世界遗产名录——红河哈尼梯田;



整个园区同时还参考了桃花源、山石、三生(生态、生产、生活)融合的概念,主建筑外火烈鸟悠闲自在,山上果树抽着新芽,羊驼梅花鹿慵懒休憩,水中锦鲤成群结队,黑白天鹅优雅戏水……俨然一个相对独立的小生态系统。



门口那背上站满鸽子、一比一还原栩栩如生的巨型猛犸象雕塑,让人颇有几分“长毛象Manny从冰河世纪走来”的错觉。


(忍不住手动加上树獭Sid、剑齿虎Diego还有那只永远在追坚果的松鼠)


也许你会好奇,国家基因库为什么要放猛犸象,而不是同时期的剑齿虎或侏罗纪公园里的恐龙像?基因库的老师们解释道,猛犸象虽然是一个消失于大约4000年前的物种,然而人类却能从被发现于冻土层的猛犸象遗骸中提取并获得了DNA,甚至有科学家希望有朝一日“利用基因合成生命重新复活猛犸象”。基因库的猛犸象雕像就是基因科学理念“永存才能永生”的体现。以那些濒临灭绝的物种为例,如果想要物种继续存在于生物界中,就必须要先保存好遗传物质,待科学技术成熟的那一日,物种永远存续才会成为可能。



20世纪人类有三大划时代的科学计划,分别是曼哈顿原子弹计划、阿波罗登月计划和人类基因组计划。因为,“生命科学时代的核心资源是基因,拥有更多基因资源并予以认知利用,意味着拥有更大优势。”


国家基因库应运而生。


图cre. Y9 Rana Joe


深圳国家基因库是世界领先的综合性生物遗传资源基因库。美国国家生物技术信息中心(NCBI)、欧洲生物信息研究所(EBI)、日本DNA数据库(DDBJ)更多的是以保存数据为主,我国的国家基因库则定位于“两库一平台”。“两库”由生物样本库和生物信息数据库组成,“一平台”为数字化平台,以具备对生物遗传资源“存、读、用”的能力。这样一来,不仅仅有利于基因资源挖掘、生态保护,对数据的研发、利用会有更大的作为,比如聚焦生物医药、生物农业、微生物和海洋生物等领域,破译基因密码作用于健康管理、精准医疗等。


国家基因库主建筑内部无不向生物学靠拢,比如,那段连通大厅和二楼库房的楼梯,螺旋状上升的造型就是DNA形状;员工休闲区隔间的设计灵感来源于洋葱切片的网状细胞壁。人在其中,就仿佛喝下了爱丽丝掉进兔子洞后那瓶微缩药水,游走在巨大的细胞内部。


图cre. Y9 Rana Joe


就在这栋充满了生物学理念的建筑里,分布着大大小小、如同科幻电影场景的仪器样本库工作室,里面布满了全年365天、每天24小时运转不息的基因测序仪以及机械臂,从样品准备、测序到数据质控、交付处理,工作环节实现了自动化操作、信息化管理。


基因库的老师们为我们讲解了测序仪是如何通过光学的原理,测出DNA样本上ATCG四种碱基的排列分布。这些测序仪每天产生大量的数据,通过4楼国家基因库的数据中心以及与基因库合作的云平台,向各科研机构提供生物信息检索、比对、分析等服务。实现数据从活体到样本再到组学数据的全过程、全贯穿。


由于保密的需要,此处不进行拍照。



结束了基因库的探访,我们便马不停蹄赶往下一站——



华大基因时空中心


上世纪90年代,全球科学家启动了“人类基因组计划”,正是在这样的背景下,华大基因成立了。当年,华大基因联合创始人兼理事长杨焕明院士和同事们参与了人类基因组计划,并承担了1%的测序任务。正是这“1%”,使我国从“跟随”到“参与”,再到“超越”甚至“引领”,从此具备自主的、接近世界水平的基因组的强大实力。



在时空中心的活动室里,华大的孙老师从基因测序、遗传学如何助力养殖业再到物种种群研究案例,娓娓道来,为华附国际部师生上了一堂精彩纷呈的基因科技与生物多样性保护课。同学们热烈地与孙老师进行互动,探讨关于生物基因甚至动物实验伦理的问题,甚至还针对目前的物种种群保护提出“新方案”。


图cre. Y10 Cala Johnny


随后,孙老师还带着我们参观了华大的创新产品、技术,并介绍华大的企业文化以及研究方向,例如,如何“用基因储存数据”——把现有的音像数据等存储到基因片段再转写还原。也许末日种子库存储的不仅仅是地球上的生物基因,还有人类文明。


电影《普罗米修斯》开场仿佛就在眼前:一位来自外星的工程师来到荒芜混沌的地球,喝下手中的黑色液体后,他的筋骨开始瓦解,溶入地球的尘土、水源还有空气中,他的基因生成了万物,最后他所在的文明又成为地球人类文明的起源。


孙老师的耐心讲解赢得了同学们的热烈掌声,他还寄语国际部的同学们,希望有更多优秀学子加入到基因科学的领域中来。


一颗科研的种子种下,期待它生根发芽……



后感


一粥一饭、半丝半缕,地球上的所有生命体,个体会消逝,但无法感知的DNA却能穿越时空的限制演化永存。


人类对基因的探索和研究,是对科学和真相的探求,对宇宙和生命的解读,是在探索我们人类与其它物种的关系。就像电影《普罗米修斯》所暗示的那样,人类在寻找创造自己(生命演绎本身)、递给自己火种(人类文明)的“神”。也许我们无法找到绝对答案,但在追求这些问题的过程中,我们会获得对自己和世界更深刻的理解和意义,最终也是对哲学终极三问的回答:我是谁?我从哪里来?我将到哪里去?


也许,这也是一种ways of being。


图cre. Y10 Cala Johnny


关于HFI青年科学家-顶尖实验室探索:


HFI“青年科学家-顶尖实验室探索系列”是华附国际部基于自身的六大育人理念——自我认知、自我驱动力、思辨能力、社交能力、社区意识、世界公民意识,在培养学生科研素养和创新意识方面新开设的活动。


华附国际部一直鼓励学生基于现实生活中所碰到的问题去思考、探索研究更多的领域,充分发挥主观能动性,在主动参与和发现、讨论、调查、实验以及实践的过程中,培养他们的探索精神和科学思维能力,以及对科研的热爱。


顶尖实验室参观系列,作为国际部科学学科版块的重要补充部分,可以激发学生对科学的兴趣。学生通过实地参观观察,能够将课堂上学到的理论知识和实际应用结合起来,加深对科学原理的理解,有机会了解科学领域的职业和研究机会,从而激发追求科学相关职业的兴趣,为他们未来的职业发展奠定基础。


目前,HFI与多所重点实验室(包括数学、物理、化学、生物等学科方向)取得联系,将学生的兴趣和热爱从课堂延伸到课外。



最后,衷心感谢深圳国家基因库、华大基因时空中心、为此次活动努力的各方组织及个人,感谢他们为华附国际部师生及家委代表提供如此难得的科普机会,为引导公众走进科学、感受科学魅力的热情支持和所做的努力!



图 | Joe何周, Mia牛涵雅钰, Johnny周润康,

文字编辑 | HFI招生办