留美基因晶片學者成峰:小晶片裡有大世界

2020-11-25 中國新聞網

  也許是父親當醫生的緣故,從小我就對醫藥很感興趣,能為人類的健康事業做一些事情一直是我的夢想。在南京大學化學系畢業之後,我考入中國科學院上海藥物研究所進行計算機輔助藥物設計方面的研究。在蔣華良研究員和陳凱先院士的指導之下,我開始對現代藥物發現模式有了一個比較全面的了解。傳統藥物發現來源於大量臨床的數據,但是對於藥物作用的機理人們卻並不十分明了。也就是說,人體就像一個黑箱子,我們知道放入什麼樣的藥物,會得到什麼結果。但為什麼會有這樣的作用卻不太明了。隨著人類基因組計劃的完成、蛋白組學的迅猛發展,大量與人類疾病相關基因被發現。很多這些基因以及其編碼的蛋白可以作為藥物分子作用的靶標。人體這個黑箱子將逐漸打開,人們開始知道藥物在人體中是如何起作用的。

  眾多藥物靶標的發現也使得傳統的藥物發現模式漸漸向基因組學為基礎的現代藥物發現模式轉變。分子水平上的藥物設計已作為一種實用化的工具介入到了藥物研究中。我們可以根據這些藥物靶標的結構和性質,進行藥物篩選,選擇出一些能和這些靶標相結合的藥物分子,我們甚至可以像拼積木一樣設計出新的藥物分子。計算機科學技術的發展,極大地提高了計算和數據分析的速度和精度。計算機藥物輔助設計在近幾年取得了巨大的進展和成功。在藥物所,我成功應用了許多藥物分子設計方法,如基於生物大分子三維結構的分子對接(Molecular Docking)方法、基於藥物小分子的三維定量構效關係分析(QSAR)和資料庫搜尋方法(database searching)等篩選2個藥物靶標——基質金屬蛋白酶和過氧化酶體活化受體,得到了上百個有希望成為藥物的候選分子。

  到了美國之後,我進一步擴展了研究的思路,將計算機技術、統計方法和基因晶片結合在一起進行大規模的基因研究。基因晶片是一種快速高效的基因檢測方法,它把大量DNA分子識別探針集成在一個微小的固體基片表面,這使得科學家能夠快速地檢測比較成千上萬個基因在不同生物體系、不同狀態下的表達情況。有人把這一過程比喻為用魚杆釣魚。以前的基因檢測技術均只有一個「魚鉤」,一次只能釣到一條魚(一種基因)。而基因晶片就好比是一根有成千上萬個釣鉤的魚杆,可同時捕捉許多不同的魚,從而實現對千萬個基因的同步檢測和鑑定。

  我在維吉尼亞大學攻讀博士的主要研究方向是基因晶片在人的疾病發展預測和藥物毒性預測上的應用。我們通過比較普通人和心血管病人的基因晶片數據,發現他們之間不同的基因表達水平,並研究這些基因變化與人體功能的關係,闡明這些基因協同作用的機理。研究結果對於心血管疾病的發病機理、診斷治療、藥物開發等方面將產生很大的推動作用。我們現在研究的基因晶片是全表達基因組晶片,它包含了絕大多數已知的人類基因。由於生物體系本身的複雜性、樣本數很少和數學建模的困難,現在這些研究領域的大規模臨床應用還很不成熟。其應用的局限性主要表現為兩個方面,第一是價格較高(大約500美元左右),第二是對於一個特定的課題,因為只使用了其中少數一些相關的探針信息,噪音大而靈敏度低。我們未來的計劃就是通過分析不斷積累的基因晶片數據,深入系統了解蛋白相互作用的機理,改善統計模型,並在研究基礎上發展出針對特定疾病的診斷和藥物篩選晶片。這樣的晶片集中少量的功能相關基因,不僅能降低價格(低於50美元),而且能降低噪音,提高靈敏度。

  有人說,等離開父母並有了自己的孩子之後才更加體會到父母當初培養我們的辛苦和無法改變的骨肉親情。現在我有了孩子,看著他一天一天長大,回味著自己的童年時光,內心體會到父母的恩情。留學生涯亦是如此。離開了祖國更加體會到祖國在心中的重要地位。

  從維吉尼亞大學畢業後,我在耶魯大學醫學院繼續從事基因晶片的研究。我現在的具體研究課題將利用基因晶片、高性能測序技術以及計算生物學的方法對人腦不同部位的基因表達及其相互作用網絡進行全面研究,並建立一個人腦基因表達資料庫(www.humanbrainatlas.org.)。經過1年的努力,該項目已經取得了重大突破,所撰寫文章已經被《自然》接受,即將發表。

  能榮獲2009年度的「國家優秀自費留學生獎學金」,這是一項崇高的榮譽,對我更是一種巨大激勵和鼓舞。美國總統甘迺迪說過:「不要問國家能為你做些什麼,而是問你能為國家做些什麼。」我會一直把這個問題放在心裡,成為我努力的方向。我會不斷完善自己,用學到的知識和本領為祖國的發展和人民的幸福服務。

  成峰,1976年出生,1998年獲南京大學化學系學士學位,隨後考入中國科學院上海藥物研究所進行計算機輔助藥物設計方面的研究。2003年赴美國留學,2010年獲得維吉尼亞大學博士學位。目前在耶魯大學醫學院繼續從事基因晶片的研究。(摘自:神州學人;文/成峰)

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