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10/09/2017

国家基因库承建国内首个高通量基因组测序与合成编辑应用省级重点实验室



领先落实基因组研究策略,重磅打造国家一流实验室

近日,经深圳市科技创新委员会推荐,深圳国家基因库凭借成熟的科研基础、完善的项目管理经验及卓越的科研队伍,在广东省科技计划项目申报中成功获批建设省重点实验室,为我国基因组测序与合成编辑应用再加筹码。

广东省高通量基因组测序与合成编辑应用重点实验室旨在打通基因组研究中“读-改-写”三大核心支撑技术,加速促进基础科研向产业化应用转变。预计两年内搭建完成全国最大的基因组测序与合成编辑应用省级重点实验室,加快推进DNA测序合成国产化进程,实现基因组数据高效海量读存,显著降低测序与合成成本,提高基因编辑安全性及物种全覆盖能力;建立面向农业和健康领域的基因工程产学研转化平台。

下面为您逐一解密这个“全省之最”实验室的三大亮点!

亮点一:最强的科研配备

重点实验室一大建设重点是解决基因测序仪国产化滞后的问题。目前中国制造种类繁多且遍布世界,然而对我国基因科技发展至关重要的国产测序仪的研制仍然处于初级阶段!

2015年之前,测序核心技术一直被国外厂家所控制,国内基因组研究始终未能摆脱对进口厂商的依赖。而随着基因测序技术应用范围的不断扩大,基因测序仪国产化问题已日益成为我国基因测序技术快速发展的瓶颈。为了打破国外对基因测序仪和测序试剂等关键技术垄断,确保我国基因数据安全,提升国内产业创新能力,以及促进区域经济发展等需要,研制国产化基因测序仪,并建设相应的测序平台已刻不容缓。

早在2015年,华大发布了自主研发的新型桌面化测序仪BGISEQ-500,证明我国已然掌握了测序仪相关的核心技术,成功打破国外厂家的技术垄断,成为行业领先的高通量测序仪研制中心之一。鉴于华大在国产测序仪研制方面雄厚的硬件优势以及日益精湛的流程设计和体系管理能力,本重点实验室计划在未来两年内与华大紧密合作,大力加快对测序仪的国产化替换步伐,搭建全程自动化、智能化、规模化基因组信息解读平台,实现基因测序人人可及、人人可享的目标。在应用的过程中优化和推广国产测序系统,树立行业影响力,推动测序的应用类型及覆盖范围的爆发式增长。

BGISEQ-500测序平台

基因测序和合成已经构成基因科技发展的两大基石,我国基因测序已经成为世界的领头羊,但是基因合成技术和平台却相对落后于美英等发达国家。由此,重点实验室另一大建设重点是在执行期内,结合自主研发的高通量DNA合成技术,借助华大智造的仪器开发和生产优势,建成全球领先的超高通量、超低成本、超高效率的模块化自动化基因合成平台。通过将基因合成各个流程分割在特定功能自动化模块中,借助于电脑程序协调各个功能模块的运作,实现基因合成高效运转。相比“一体化”,“闭环式” 和“机器人化”的自动化合成平台,重点实验室建成的模块化自动化合成平台,具有成本更低、操作性更强以及通用性更高的特点。各模块除了能够灵活的完成不同长度、不同难度的基因合成以外,还能够灵活的整合于其它自动化实验中,如代谢工程、基因组编辑、酶工程等。预期重点实验室建成的模块化自动化合成平台将成为国内最先进的自动化基因合成平台,为我国推进以DNA合成为基础的新医药、新环保、新能源、新材料、新农业领域的发展,抢占国际合成生物学的竞争高地,贡献出最有价值的力量。

模块化自动化基因合成平台

亮点二:最牛的科研阵容

本次重点实验室的建立由深圳华大生命科学研究院院长、深圳国家基因库执行主任徐讯亲自挂帅,组建200余人高水平、多领域、研究经验丰富的科研团队。其中拥有博、硕学位人员占比50%以上,专业覆盖转化医学、生物医学工程、生物科学、生物信息学、分子生物学等,并与国外如美国的约翰•霍普金斯大学、纽约大学、麻省理工学院、Salk研究所、Twist Bioscience公司,英国的爱丁堡大学、曼彻斯特大学、伦敦帝国理工学院,新加坡国立大学,法国巴斯德研究院,澳大利亚的麦考瑞大学;国内的天津大学、中科院生物物理研究所、中科院深圳先进技术研究院、深圳市第二人民医院、绿倍生态科技有限公司等达成密切广泛的产学研合作关系,为实验室的创建提供多元丰富的软件支持。

此外,项目还配备由国内外领域内测序、合成与编辑三个方向的专家组成的顾问团队,包括深圳华大生命科学研究院研究员、华大理事长杨焕明院士,美国科学院院士、纽约大学Jef Boeke教授,美国Salk研究所Juan Carlos Izpisua Belmonte教授等多位重量级学术参谋,切实指导实验室规划与建设。

该重点实验室科研团队前期取得的丰硕的学术成果,充分展现了其卓越的科研水平和殷实的科研能力。2017年3月,完成酿酒酵母2号染色体人工设计与合成,与同在“人工合成酿酒酵母基因组计划(Sc2.0 Project)”国际协作组的其他研究团队一起在顶级学术期刊Science上以封面及专刊形式同时发表7篇论文;同年8月,在人类胚胎基因编辑工作中再获突破,借助CRISPR-Cas9系统成功对肥厚型心肌的致病基因进行了精准修复,相关研究成果已被著名学术期刊Nature收录。同时,为“万种鸟基因组计划”、“中国万种植物生命之树”和“千钟单基因疾病研究”等重大科研项目提供测序支撑,发表多篇高水平文章。

Science 期刊2017年3月封面(上)及Nature期刊发表文章(下)

亮点三:强化合成生物学科学及应用自主创新式研究

随着基因组学基础科研的不断积累和发展,深圳国家基因库在继基因测序能力与超大规模生物信息分析计算能力世界领先的基础上,极其重视合成生物学的发展,在国家基因库二期规划中对合成与编辑进行了抢占世界前沿的产能布局。

本重点实验室将与国家基因库二期建设进行有机结合,充分利用国家基因库存储的生物样本资源和数据,形成优势互补,力争在合成生物学的科学、技术和应用方向有所突破。具体建设内容包括:上游实施源头把控,研制国产化DNA合成仪,进行高通量、低成本、自动化、模块化DNA合成研发;中游开展核心技术研发,包括基因组合成共性关键技术、基因编辑安全性评估、高效基因编辑及物种全覆盖的基因编辑能力建设等,同时开展多细胞复杂模式生物基因组合成与编辑科学研究;下游主推合成生物技术应用转化研究,在现代农业、药物植物生物制造4.0、医学诊疗及高密度DNA存储等方向有所建树,借此催生新一轮生物经济浪潮,使我国能够跻身世界生物技术科学及产业发展强国之列。

综上,广东省高通量基因组测序与合成编辑应用重点实验室,将率先搭建国产化基因组解读平台以及基因自动化合成平台,在测序、合成与编辑三大基础技术平台的基础上,积极推进基因组“读-改-写”在农业和健康领域的应用,着力构建以基因编辑技术为主的高效植物育种和特定突变细胞系平台,以及基于多组学测序和信息分析的基因编辑效率及安全性评估平台,同时带动传统生物制造产业转型升级。此外,实验室还将引进与培养高层次人才,为提高广东省及我国的基因组学研究水平做出贡献。

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