如果给人类全部2万多个编码蛋白质的基因添加一个标签，使每个蛋白质具有特定“二维码”，将会发生什么？“这将助力科学家编撰一本生命活动本质的百科全书。”中科院生化与细胞所研究员李劲松说。
截至今年5月，中科院生化与细胞所基因组标签计划研发中心已给524个蛋白质加上标签并建立细胞系，获得携带标签蛋白质的小鼠141只。中心网站6月底将对外开放，全球科学家都可查询或定制自己需要的标签细胞或小鼠。据透露，中心计划用5—10年时间，给2万多个细胞添加标签，生成5000只携带标签的小鼠。不久前，在上海举行的香山科学会议上，与会专家纷纷提议，尽早启动“基因组标签”国际大科学计划，并由我国科学家主导完成。
对“人造精子细胞”添加标签
人类基因组计划绘制出人类基因图谱，揭示了2.2万个编码蛋白质的基因，后续的蛋白质功能研究并不像人们期待的那样顺利。“只有全面认知蛋白质才能从根本上阐释生命，但其中大约一半的蛋白质功能还没有人研究过。”李劲松说，蛋白质身处微小细胞中很难被识别，需制备特异“抗体”来识别它，而抗体的制备非常繁琐，成本高，少则几千元多则几万元，更何况还有一半的蛋白质因缺乏研究，尚无抗体。
能否先在体外“人造精子细胞”中对所有蛋白质添加标签，再把这个细胞注入卵子，从而获得携带标签蛋白质的小鼠呢？李劲松回忆，2017年5月，在一次头脑风暴研讨会上，他第一次提出“基因组标签计划”设想，没想到话音刚落，《细胞研究》常务副主编李党生就兴奋地站了起来，认为这将是中国科学家对世界科学共同体的一大贡献。
卵子和精子是体内仅有的单倍体细胞，一直以来卵子和精子都无法在体外培养，也无法在基因层面进行操作。李劲松课题组和徐国良课题组“借壳生蛋”，从只携带精子遗传物质的胚胎中建立单倍体胚胎干细胞，再将其注入卵子后产生健康的半克隆小鼠，这一成果入选2012年度中国科学十大进展。“人造精子细胞”技术到了2015年，健康半克隆小鼠的获得率从2%提高到20%。此后，在市科委大力支持下，以“人造精子细胞”技术为基础的“基因组标签计划”开始落地，并成立了中科院生化与细胞所基因组标签计划研发中心。
探寻蛋白质如何调控生命活动
“这就像使用了北斗导航系统，可以精准研究蛋白质调控网络。”李劲松说，现在仅需少数几种针对标签的特异抗体，简化了蛋白质研究流程，节省了科研时间和经费。
“基因组标签计划”有望促使蛋白质研究方式改变。因缺乏简单高效的研究手段，一直以来科学家采取的都是基于1个或少数几个蛋白质的研究模式，这就有点像“盲人摸象”，而“基因组标签计划”实施，可让科学家研究一群标签相同的蛋白质。
大规模的标签蛋白质细胞库和小鼠库建成后，科学家们可绘制全基因组蛋白质动态网络图谱，解析2万多个蛋白质从生命诞生到发育的表达模式，以及蛋白质如何相互作用的过程，还可延伸至肿瘤和衰老问题，探寻蛋白质如何调控生命活动。“这不是一个实验室能做到的，希望尽快启动基因组标签计划，并围绕标签小鼠资源平台启动相关国际大科学计划。”李劲松呼吁，构建自主知识产权的生物医学信息数据库，以防未来遭遇生命科学发展数据“卡脖子”问题。
原载于《解放日报》 2019年6月3日 第5版
作者：黄海华
