Proteomics: Boom of the post-genomic era

This special issue launched by CNHUPO (HUPO in China) reviews the major advances in proteomics from 2001 (HUPO initiation) to 2021 (the 20th anniversary of HUPO). Jiaqi Zhang drafted the content and I helped with scientific revision. Permission to reproduce the issue was granted. The formatted version (Chinese) could be referenced here.You could use the Language Switch icon at the top right of this page for assisted reading.

The original title: 后基因组时代的高歌猛进 | HUPO的启航

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拿起笔,画一条竖线,将世界分为宏观和微观;再画一条横线,将世界分为非生命体和生命体。四个象限里面,唯有微观的生命的世界至今仍然最神秘,跟人类的健康最相关,也最难研究,需要多学科攻关。目前,越来越多的科学家聚集在一起,希望以蛋白质组学为支点,全面、深度地揭开生命的神秘面纱。

2001年,国际人类蛋白质组组织(Human Proteome Organization, HUPO)建立了蛋白质组学的“知识大厦”,薪火相传,持续壮大。至今匆匆二十余载,年轻的HUPO通过不断颠覆、迭代过去的技术理论,一点点拓宽知识的边界,在人类大健康这一命题中展示出傲人的优势,为蛋白质组学赢得了学术界、工业界的广泛认同。现在,不妨与我们一起走进这座“大厦”,听听在这20年里参与工作的工程师的声音。

01基因的博弈:“公有化”与“私有化”

2000年6月26日,美国国立卫生研究院院长弗朗西斯·柯林斯 (Francis Collins),美国总统比尔·克林顿 (Bill Clinton) 和生物学家克莱格·凡特 (Craig Venter) 在白宫共同宣布人类基因组工作草案 (Working draft of the human genome) 绘制完成。 

人类基因组工作草案除了被认为是“人类自然史上的里程碑”工作,也被认为是“私有化”与“公有化”的握手言和。

1990年10月1日,美国国会正式宣布启动“人类基因组计划 (Human Genome Project, HGP),多个国家相继加入。1998年,从国立卫生研究院 (National Institutes of Health, NIH) 离职的凡特与合伙人创建塞莱拉基因组公司 (Celera Genomics),并宣布Celera将在3年内完成人类全基因的测序工作。人类基因组计划的第一任负责人James Watson (曾获得过诺贝尔奖、是DNA双螺旋结构的发现者),将凡特的这一宣誓比喻为如同希特勒吞并波兰般的挑衅,因此他也叮嘱继任者柯林斯务必迎接这一次的挑战。

显而易见,柯林斯和凡特的研究团队对绘制人类基因组这一生命蓝图的研究目的持有不同观点。

作为商业公司的CEO,凡特希望为他的研究成果申请专利,而后出售获利。天平的另一端是人类基因组计划的负责人柯林斯,他和他的研究团队则认为基因组是属于每一个人的,不应将其私有化。克林顿高度认同他们二人团队的研究成果,并平息了这场公有化和私有化的斗争,公开宣布这场竞赛为平局。因此,学者们不仅视HGP为“科学界的伟大成就之一”,也称其为“公共管理成就的典范之一”。

02 HUPO+蛋白质组学:让生命具体化

科学家们曾认为,只要绘制出人类基因组序列图就能进而解决疾病的根源性问题,但其实不然。基因组序列仅向我们提供了一维的基础遗传信息,而蛋白质组则蕴含了更为复杂的多维信息,研究人员更提出“生在基因,命在蛋白”一说。“中国人类蛋白质组计划”(CN-HPP) 的倡导人贺福初院士形象地比喻道,基因组和蛋白质组之间就如同“词典与文章”,“元素表与化工厂”的关系。换句话说,蛋白质组是解密基因组的根本,也是其核心。

另一方面,NatureScience 公布人类基因组草图后,HUPO迅即成立,聚集了来自全球各地学术界、政府和商业部门的蛋白质组学领域的资深专家,旨在进一步揭开生命本质规律的神秘面纱——蛋白质组与生命现象间的联系。

HUPO的创建旨在促进蛋白质组学研究的发展和认识,并代表全世界的蛋白质组学研究人员推广蛋白质组学,促进各位成员以及各个项目之间的科学合作。基于这一理念,HUPO首任秘书长Young-Ki Paik和韩国延世蛋白质组研究中心Sang Yun Cho找到韩国Crosspoint设计公司的CEO Hyewon Sohn女士,拜托她为HUPO设计LOGO。

HUPO首任主席Sam Hanash及其他执行成员看到这个LOGO时,都感到十分惊喜,认为这个LOGO简洁有力地传递出HUPO的使命。首先,“HUPO”是HUMAN PROTEOME ORGANIZATION的缩写,而字母P中的8个蓝点分别代表着PROTEOME 的8个字母,更蕴含着蛋白质组学的重要性——决定人类生命蓝图(基因)编码的每一个组成部分。

这个LOGO陪HUPO走过十余年,举办过十数次HUPO年度大会。2015年,这个LOGO也迎来了它的迭代,以完整化HUPO的使命!

2015年,彼时还在瑞士做研究的郭天南博士参加了HUPO举办的标语设计大赛 (Tagline Competition),提出标语“translating the code of life”。他希望用这句话向大众传递HUPO的主旨:生命密码是基因,而HUPO正在做的事情则是对这些生命密码的翻译产物(蛋白质)进行研究,以揭示各种生命活动中各个阶段的变化规律。HUPO对此亦表示认同,完整LOGO也于2015年正式诞生。

生命存在是奥秘,人人都想参透其中。组成每一条生命的数据都可以将“生命科学”可视化,每个生物都是一个大数据的载体。人体内约有2.4万个基因,30亿对碱基,37万亿个细胞,而蛋白质的数量和种类则更多,科研学者也在不断探索中。HUPO LOGO亦完美演绎其使命与目标——将生命的奥秘数据化,可视化,并用于守护人类的生命健康。 

在这20年中,HUPO亦与许多科学家同行,创造了一个又一个里程碑,其中最为人所熟知的应该是2010年宣布启动的人类蛋白质组计划 (human proteome project, HPP),该项目开启全面解码人类蛋白质组之路。2020年,在HPP成立十周年之际,HUPO公布了90.4%的完整高严格性人类蛋白质组草图,这不仅为疾病影响人类健康的微观世界提供了更为深入的见解,并为疾病防治和精准医学两大领域带来启示性意义!

参考资料

1. Nature (June 24, 2000). How diplomacy helped to end the race to sequence the human genome. Retrieved from  https://www.nature.com/articles/d41586-020-01849-w

2. 科学网:中国人类蛋白质组计划:精准解密中国人的健康密码

3. Jones, K. M., Cook-Deegan, R., Rotimi, C. N., Callier, S. L., Bentley, A. R., Stevens, H., … & Wang, M. (2021). Complicated legacies: The human genome at 20. Science, 371(6529), 564-569.

4. HUPO. (n.d.). HUPO History. Retrieved from  https://www.hupo.org/HUPO-History

5. National Human Genome Research Institute. (n.d.). The Human Genome Project. Retrieved from  https://www.genome.gov/human-genome-project

6. HUPO. (2015). HUPOST Q3. Retrieved from  https://hupo.org/resources/Documents/HUPOST/Q3-HUPOST_2015.pdf