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近日，備受矚目的2022年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)揭曉，因“對(duì)已滅絕的古人類基因組和人類進(jìn)化的發(fā)現(xiàn)”，瑞典科學(xué)家Svante P??bo博士榮膺此獎(jiǎng)項(xiàng)。
Svante P??bo博士出生于1955年，是來自瑞典的遺傳學(xué)家，其父親Sune Bergstron因?qū)η傲邢偎睾拖嚓P(guān)物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)已于1982年獲得了諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。作為一名對(duì)古生物學(xué)執(zhí)著的“諾二代”，Svante P??bo博士則是堅(jiān)持了自己對(duì)考古研究的興趣，致力于對(duì)古人類的遺傳學(xué)研究，專注于解密“人類為何成為人類”。 古基因?qū)W里的現(xiàn)代技術(shù) 基因組學(xué)測(cè)序 古基因組學(xué)學(xué)科的發(fā)展離不開基因測(cè)序技術(shù)的進(jìn)步。新一代測(cè)序技術(shù)（NGS）以其測(cè)序通量高、大規(guī)模平行測(cè)序、可以同時(shí)揭示已知和未知基因多種突變類型的優(yōu)勢(shì)，越來越廣泛的應(yīng)用于科研工作，并推動(dòng)著古基因?qū)W的發(fā)展。 Svante P??bo團(tuán)隊(duì)的研究中，充滿了古老樣本和先進(jìn)基因組學(xué)技術(shù)的融合。  圖片來源：諾貝爾獎(jiǎng)委員會(huì)官網(wǎng) 在對(duì)尼安德特人線粒體的研究中，Svante P??bo團(tuán)隊(duì)首創(chuàng)了從尼安德特人骨頭中提取古DNA、測(cè)序及分析古DNA的方法，并制作了與現(xiàn)代人在進(jìn)化上關(guān)系最近的尼安德特人基因組的草稿，繼而通過基因信息比對(duì)發(fā)現(xiàn)尼安德特人與分布在歐亞的人群祖先有通婚的證據(jù)。 該系列基因組序列樣本是于古老的尼安德特人化石中提取，并使用了先進(jìn)的Illumina高通量平臺(tái)測(cè)序完成。 在丹尼索瓦人的發(fā)現(xiàn)中，其基因組來源于2008年在西伯利亞南部的丹尼索瓦洞穴發(fā)現(xiàn)的一小塊指骨碎片，并使用Illumina測(cè)序平臺(tái)生成了大約30倍的基因組覆蓋率數(shù)據(jù)。通過與現(xiàn)代人類已知的基因組序列比對(duì)，丹尼索瓦洞手指骨的DNA序列是獨(dú)一無二的。因此，曾經(jīng)不為人知的丹尼索瓦人首次被發(fā)現(xiàn)。 人類進(jìn)化研究的鑰匙 從基因組學(xué)到多組學(xué) 然而生物具有多層次和復(fù)雜性，單獨(dú)基因組研究也有局限，例如無法僅依靠基因信息復(fù)原人類進(jìn)化全景圖、無法單獨(dú)實(shí)現(xiàn)精密解構(gòu)人類健康原因的任務(wù)。這就需要結(jié)合表型信息綜合分析。表型，即生命體的各種特征，是一種多維度的生物指征，伴隨著人類的進(jìn)化而不斷演化。表型組與基因組信息互為補(bǔ)充，與人類的進(jìn)化和生活息息相關(guān)。為了同時(shí)完成多維度基因組及表型組的測(cè)序和平行綜合分析，多基因組學(xué)應(yīng)運(yùn)而生。 多組學(xué)助力提供多維生物學(xué)視角  圖：通過多組學(xué)更全面地了解生物學(xué)——多組學(xué)不僅研究基因組，還帶來對(duì)生物學(xué)更深層次的見解。分析每一條可用的分子數(shù)據(jù)，加速生物學(xué)發(fā)現(xiàn)，轉(zhuǎn)變我們對(duì)人類健康的理解。 在多組學(xué)研究中，基因組學(xué)方法可以全面覆蓋多種變異類型，如拷貝數(shù)變異（CNV）、插入/缺失（INDEL）、單核苷酸變異（SNV）和結(jié)構(gòu)變異（SV）。除此之外，表觀遺傳學(xué)研究在多組學(xué)研究中發(fā)揮越來越重要的作用。全面的表觀遺傳學(xué)分析可以揭示基因調(diào)控模式，幫助發(fā)現(xiàn)基因組變異的功能。 DNA甲基化是表觀遺傳學(xué)的中最為常見的一種修飾，可以使細(xì)胞抑制病毒和非宿主DNA元素表達(dá)，促進(jìn)對(duì)環(huán)境刺激的反應(yīng)。異常的DNA甲基化對(duì)基因表達(dá)調(diào)控的影響與多種疾病相關(guān)。將甲基化信息和遺傳信息相結(jié)合的多組學(xué)方法可以幫助破譯復(fù)雜的通路和疾病機(jī)制。 基于芯片的甲基化研究可以為基因表達(dá)調(diào)控提供有價(jià)值的信息，目前主流應(yīng)用平臺(tái)有Illumina MethylationEPIC BeadChip等。在使用甲基化芯片的研究中，芯片CpG的覆蓋度對(duì)于甲基化的檢測(cè)水平至關(guān)重要， Illumina Methylation EPIC BeadChip則結(jié)合了全面的覆蓋范圍和高通量檢測(cè)能力，為深入了解表觀遺傳變化提供了強(qiáng)大的檢測(cè)分辨率。 Illumina甲基化芯片全面覆蓋整個(gè)基因組，可以定量研究超過85萬個(gè)甲基化位點(diǎn)的表觀基因組信息，包括CpG島、非CpG和差異甲基化位點(diǎn)、FANTOM5增強(qiáng)子、ENCODE開放染色質(zhì)、ENCODE轉(zhuǎn)錄因子結(jié)合位點(diǎn)及miRNA啟動(dòng)子區(qū)域等。 此外，Illumina甲基化芯片可平行分析包括福爾馬林固定石蠟包埋（FFPE）組織在內(nèi)的多個(gè)樣本，從而在最大限度減少每個(gè)樣本成本的同時(shí)實(shí)現(xiàn)高通量。對(duì)于所有Illumina甲基化芯片來說，技術(shù)平行分析之間的重現(xiàn)性均超過98%。 Illumina甲基化芯片系列產(chǎn)品中不僅包括針對(duì)人類研究的Human MethylationEPIC BeadChip, 還包括了針對(duì)小鼠的Mouse Methylation BeadChip。此外，還有定制化產(chǎn)品Custom Methylation Beadchip可為目標(biāo)研究和商業(yè)應(yīng)用提供最大程度的靈活性和成本節(jié)約，適用于各種應(yīng)用。 隨著NGS技術(shù)水平的提升及測(cè)序成本的下降，NGS技術(shù)也廣泛應(yīng)用于蛋白質(zhì)組學(xué)的研究，并形成了蛋白質(zhì)組學(xué)與其他組學(xué)結(jié)合的模式，例如CITE-Seq技術(shù)，這種基于NGS的測(cè)序技術(shù)可以在單細(xì)胞層面上同時(shí)檢測(cè)轉(zhuǎn)錄組和細(xì)胞表面蛋白，可以實(shí)現(xiàn)單細(xì)胞維度下的蛋白質(zhì)信息與轉(zhuǎn)錄組信息的整合，更全面地定義細(xì)胞狀態(tài)和細(xì)胞功能。此外，還有鄰位延伸（PEA）技術(shù)，這種技術(shù)作為一種突破性的技術(shù)，在精準(zhǔn)蛋白質(zhì)組學(xué)中發(fā)揮重要功能，通過結(jié)合免疫學(xué)反應(yīng)和值得信賴的Illumina測(cè)序技術(shù)，克服了傳統(tǒng)的蛋白質(zhì)組學(xué)在檢測(cè)通量和靈敏度的限制。 結(jié) 語 多組學(xué)是一種快速興起的、以先進(jìn)的測(cè)序和芯片技術(shù)為動(dòng)力的生命科學(xué)研究方法，代表了一種新的全面理解生物學(xué)的視角，能夠幫助我們探尋規(guī)律、看到隱藏在某一類數(shù)據(jù)后的“秘密”，讓我們更深入地了解生物學(xué)，解碼生命奧秘。 近年來，隨著測(cè)序成本的不斷降低和技術(shù)水平進(jìn)步，多組學(xué)分析也變得更加全面，具備更好的整體性。Illimina測(cè)序儀使包括甲基化分析和蛋白質(zhì)組學(xué)在內(nèi)的新興應(yīng)用和多組學(xué)測(cè)序方法成為可能。通過提供具有業(yè)界領(lǐng)先的數(shù)據(jù)質(zhì)量、靈活性和可擴(kuò)展性的解決方案，Illumina為多組學(xué)分析提供產(chǎn)品和服務(wù)支持。NGS方法中的數(shù)據(jù)結(jié)果可以整合多種數(shù)據(jù)類型，幫助研究人員最大限度地發(fā)揮珍貴研究樣本基因組數(shù)據(jù)的潛力，為突破科學(xué)新見解的極限提供更多可能性。 參考文獻(xiàn)：   |
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