作者:Michael S. Waterman 来源:Quantitative Biology 发布时间:2021/4/19 11:09:34
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QB | 前沿动态-纪念人类基因组草图发表20周年系列文章 Michael S. Waterman教授分享HGP早期历史

论文标题:The Human Genome Project: the Beginning of the Beginning (前沿动态-纪念人类基因组草图发表20周年系列文章 Michael S. Waterman教授分享HGP早期历史)

期刊:Quantitative Biology

作者: Michael S. Waterman

发表时间:19 March 2021

DOI:10.15302/J-QB-021-0243

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编者荐语:

2021年是人类基因组草图发表的20周年。Frontiers系列之Quantitative Biology (QB)期刊邀请一批曾在HGP中做出突出贡献或见证重大进展的杰出科学家分享HGP故事。

2001年2月,NatureScience两本期刊分别刊登了国际人类基因组测序联盟(International Human Genome Sequencing Consortium)和美国Celera Genomics公司的人类基因组序列草图及初步分析结果,这项被誉为生命科学“登月计划”研究项目的初步完成为人类揭开自身奥秘奠定了坚实的基础,并引导生命科学研究进入了一个全新的时代,即以定量方式了解生命信息系统的时代。这种理解方式点亮了个体化精准医学的发展前景,并使合成生物系统的合理设计成为可能,这将使人类受益于工业、农业到环境和健康的广泛领域。使用人类基因组序列作为基本参考是当前生物学和医学研究中的常规实践,因此人们把参考基因组的存在视为理所当然。然而,人类基因组计划(Human Genome Project, HGP)的启动和完成并非是一个常规实践,它在科学史,科学视野,技术进步,多学科共同努力以实现重大科学目标,建立数据共享基础设施,以及多中心协助等方面都具有革命性的意义。

2021年是人类基因组草图发表的20周年,QB期刊非常荣幸地邀请到了一批曾在HGP中发挥重要作用并做出突出贡献、或见证HGP重大进展和影响的杰出科学家,为大家分享HGP背后的故事。我们相信这些故事不仅可以带给大家很多见解,也可以为定量生物学未来的发展提供启示。这些文章将全年多期出版,本期带给大家的是美国两院院士Michael S. Waterman教授的“The Human Genome Project: the Beginning of the Beginning”的故事。

在这篇文章中,Michael S. Waterman教授分享了1985年5月,他作为参会人员之一参加了在加利福尼亚大学圣克鲁斯分校(University of California Santa Cruz,UCSC)举行的一场有影响力的会议,这是首次关于人类基因组测序的严肃讨论。虽然历史记载中通常认为人类基因组测序计划始于1986年3月在Santa Fe举行的能源部(DOE)会议,但他认为1985年5月的这场圣克鲁斯会议也应该被纪念。

Michael S. Waterman

Profile

Michael S. Waterman教授是计算生物学和生物信息学的奠基人之一,他与Temple F. Smith教授共同开发的Smith-Waterman算法奠定了DNA,RNA,蛋白质序列比对算法的基础;他与Eric Lander教授建立的Lander-Waterman模型是DNA测序和mapping的理论基石,在人类基因组计划中发挥了关键作用。Michael S. Waterman教授目前是美国南加州大学的名誉教授,弗吉尼亚大学的杰出研究教授。他分别于2001年当选为美国科学院院士,2012年当选为美国工程院院士,2013年当选为中国科学院外籍院士。2008-2017年在清华大学作为讲席教授开展工作,并于2013年获得中国政府“友谊奖”。

文章概要

时间回到1985年5月24-25日,来自UCSC的Harry Noller(RNA生物学家), Edgar, Moldave, 和 Ludwig四位教授组织了一场会议,并邀请了Bart Barrell, David Botstein, George Church, Ronald Davis, Helen Donis-Keller, Walter Gilbert, Lee Hood, Hans Lerach, Leonard Lerman, David Schwartz, John Sulston和Michael Waterman参加(图1)。Michael Waterman教授是唯一一位具有计算和数学背景的参会人员。

图1. 圣克鲁斯会议部分组织者:Sinsheimer, Edgar, Lugwig, Noller.

在这次会议中,大家主要讨论了以下几个方面:1. 人类基因组计划技术层面上的可行性;2. 如何能找到合适的人选来从事这项大型且重复的测序工作;3. 测序的花费问题。然而会议结束后,一些“大人物”在会见Robert Sinsheimer(时任UCSC校长,其杰出工作是分离、纯化并重复合成病毒fX 174的DNA)时对人类基因组测序项目给出了负面评价,最终导致在UCSC没有开展人类基因组测序的研究。不过,California Magazine后来对圣克鲁斯的这次会议进行了报道,但后来很少被人谈及。

1986年3月,由Charles Delisi(时任DOE生物学总监)和David Smith在Santa Fe组织了关于人类基因组测序计划的会议,并且Charles Delisi还设法在DOE建立了一个人类基因组项目。但NIH不会将这一重要的研究项目从他们手中溜走,因此设立了人类基因组计划实施的阶段。

1986年6月,有关人类基因组测序的计划遭到了激烈的辩论,因为有人认为对该项目资助的基金会威胁到他们申请基金的额度。还有人认为只有基因才是有趣和重要的,不必对所谓的“垃圾DNA”进行测序。然而,Gilbert则认为“整个人类的基因组序列是人类遗传学的圣杯”。

1987年,美国国家科学院(National Academy of Science,NAS)发布了有关基因组测序计划的“seeing progress”,Michael Waterman教授被邀请审查报告草稿。他当时就提出了几个被忽视的但又比较重要的问题,其中一个就是关于基因组序列是否能申请专利的问题。该问题经过很长时间的讨论最终被恰当的解决了。

1990年,由NIH和DOE正式启动了人类基因组计划(HGP)。该计划成为了一项由多国共同参与的真正的国际项目。当时,由James Watson领导NIH的HGP, David Galas则负责DOE的HGP项目。1993年,由Francis Collins替代James Watson领导NIH的HGP项目,而Aristides Patrino替代David Galas负责DOE的HGP项目。

2000年人类第一张基因组测序图谱被公布,它是来自Craig Venter和他的私人公司Celera的努力。Celera公司发布的人类基因组测序结果无疑对政府领导的研究产生了压力。由于Celera使用了公共项目中的某些序列完成了他们的基因组序列,这在“谁是第一“完成基因组测序的问题上产生了纠纷。不过,2000年由政府机构和Celera公司共同宣布完成了人类基因组序列的草图。

现在知道,人类基因组计划中的DNA不是来自一个人,并且是不完整的,而且充满错误,测序费用约为30亿美元。着丝粒和端粒(染色体的中心和末端)的重复序列使得很难弥合序列上的缺口。直到2020年,第一条染色体(X染色体)才被完全端对端测序完成。

摘要

In May 1985 there was at University of California Santa Cruz an in?uential meeting that was the first serious discussion of sequencing the entire human genome. The author was one of the participants and described the meeting and related issues.

Quantitative Biology期刊介绍

Quantitative Biology (QB)期刊是由清华大学、北京大学、高教出版社联合创办的全英文学术期刊。QB主要刊登生物信息学、计算生物学、系统生物学、理论生物学和合成生物学的最新研究成果和前沿进展,并为生命科学与计算机、数学、物理等交叉研究领域打造一个学术水平高、可读性强、具有全球影响力的交叉学科期刊品牌。

《前沿》系列英文学术期刊

由教育部主管、高等教育出版社主办的《前沿》(Frontiers)系列英文学术期刊,于2006年正式创刊,以网络版和印刷版向全球发行。系列期刊包括基础科学、生命科学、工程技术和人文社会科学四个主题,是我国覆盖学科最广泛的英文学术期刊群,其中13种被SCI收录,其他也被A&HCI、Ei、MEDLINE或相应学科国际权威检索系统收录,具有一定的国际学术影响力。系列期刊采用在线优先出版方式,保证文章以最快速度发表。

高等教育出版社入选“中国科技期刊卓越行动计划”集群化项目。Frontier系列期刊中:13种被SCI收录;1种被A&HCI收录;6种被Ei收录;2种被MEDLINE收录;11种中国科技核心期刊;16种被CSCD收录。

中国学术前沿期刊网

http://journal.hep.com.cn

 
 
 
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