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北大7位学者历时7年刷新DNA测序精度 北京“贫雪”:连续108天无有效降水接近历史最长纪录

来源:rilvcu.cn 晋州晚报
2019-11-7

  日前北京大学黄岩谊教授带领的团队在〖自然—生物技术〗期刊上在线发表〖基于信息理论来修正错误的高准确度荧光产生DNA测序方法〗这标志着我国学者已成功刷新DNA信息解读的精确程度从根本上提高了测序方法本身的精度打破了国外在基因测序领域的技术垄断极大推动了我国生命科学与医学的研究发展同时今后有望为婴儿基因突变检测、循环肿瘤DNA等测序临床医学应用的进一步发展提供更好的工具。

  这个研究团队包括北京大学教授谢晓亮、黄岩谊博士后陈子天博士研究生周文雄、乔朔、康力以及副研究员段海峰。7位成员分别来自化学、物理、生物等不同学科背景。

  发明了纠错编码测序法大幅提升了基因序列测定的精度

  众所周知生命之所以能够代代相传、生生不息奥秘在于承载遗传信息的DNA。人的基因组含有多达30亿对碱基对理论上有无穷的排列组合。而DNA的序列测定是进一步研究与改造目的基因的基础在生物学、医学等领域意义重大。因此在科学家解读遗传密码时测序技术是强有力的解码工具。

  以前中国的DNA测序技术在世界上处于第二梯队前沿科技仍被美国公司与科研机构垄断。中国的数千家测序服务公司只能斥巨资引进国外测序仪并不具备在技术源头的解决方案更没有自我的测序仪。

  “就像需要自我的飞机一样中国也需要自我的测序仪。假如一味借用别人的技术将永久没有机会领先。”正是出于这种想法黄岩谊带领的课题组利用7年时间发明了纠错编码(ECC)测序法自此我国基因测序技术拥有了独立自主的核心技术与知识产权。

  如同古埃及罗塞塔石碑一样碑上分别用古希腊文字、古埃及象形文字与当时的通俗体文字刻了同样的内容近代的考古学家对照3种语言版本内容解读出古埃及象形文字。ECC测序方法同样利用3种不同方式检测同一序列通过创建3个正交简并序列将信息冗余与测序过程结合发现与纠正测序中产生的错误从而大幅提升基因测序精度。

  以基础研究促进新技术发展从根本上推动应用

  “随着产业的不断发展壮大竞争将越来越集中于‘上游’技术源头。此次ECC测序方法的发现正是从源头把握住DNA测序方法打破其他国家商业垄断的钳制掌握核心知识产权。” 黄岩谊介绍。“这是非常重要的原创文章不是那种快速论文。”谢晓亮表示ECC测序方法将把下一代测序仪的精度大幅提升。

  从中国制造向中国智造迈进现代农业通过筛选优良基因进行育种、现代医学通过DNA测序进行疾病监测与预防……DNA测序研究成果不仅促进中国生命科学研究的发展也能够为世界提供中国智慧。“虽然目前在一些领域我国依旧是跟跑阶段但是相信我们有潜力在未来成为领跑者。” 黄岩谊说。

  ECC测序法研究成果属于基础前沿研究是引领其他学科研究发展的原始创新与先导。“我们从基础科学出发推动新的技术发展才能从根本上推动应用。如同只会造车没有高度过硬的核心发动机驱动也不行。”黄岩谊介绍。

  用7年的时间做一项研究经历了科研难关、经费紧张、工作停顿、人员不稳定等诸多问题。“很多时候不能直接感觉到关键突破口在哪里需要不断摸索。很多已有知识不能直接应用需要融会贯通。”黄岩谊介绍。“论文发表当然很开心但更重要的是科学研究自身的价值与探索过程中的成就感。”这是课题组成员的共同感受。

  论文没有秘密希望与全球的科学家共享进步

  科学研究的美在于真理往往以同一本质的不同面目贯穿于诸多学科之间。这也使得研究需要集合多方知识进行探索。

  测序技术的开发就涉及化学、生物医学、计算机、微电子学、光学、材料科学与精密加工等多学科技术。

  假如没有近年陆续成立的北京大学前沿交叉学科研究院与包括团队成员所在的生物动态光学成像中心等诸多跨学科研究中心像ECC测序方法这样的需调动多方资源的复杂工程就很难组队。黄岩谊表示“将不同研究领域、研究背景的老师与学生聚集在一起共同推动科研发展这才使得此次研究能够融合多方智慧最终获得成功。”

  承担了关键的数学推导、算法优化以及编程实现的团队主要成员、北京大学生命科学学院生物物理学专业博士生周文雄表示关键算法的诞生是来自一次偶然的课堂实践。“美国国家科学院院士迈克尔·沃特曼教授的研究理论在70年代的生物信息学研究领域影响深远我幸运地在一次课堂活动中获得了与他访谈的机会。一天晚上做完实验回家的路上我突然发现这一理论为课题提供了算法计算的灵感。”

  当然一切大胆猜想都需要细致严谨的印证。在黄岩谊看来“研究成果体现了基础工作抽象原理的突破与工匠精神的完美结合。不仅要想得好而且要做得好。用更好的技术做更好的科学。”

  研究过程中搭建宽松的科研平台提供优质资源学生得以不断成长进步这一点使黄岩谊备感欣慰“我国基础研究发展的关键还是要培养创新人才因为我们不仅要掌握造仪器的技术还要培养一批能够发明新仪器的年轻的尖端科学家。”

  “我从做物理化学实验一直到做分子生物学、光学实验从研究仪器、流体控制最后到研究计算机算法。回想起来真是什么都学到了。”论文的第一作者、研究的主要推动者陈子天博士表示他最初加入课题组时还是北大化学系本科生做着做着读完了工学院博士现在是生命科学学院的博士后。

  ECC测序研究工作从启动到发表历时7年其中经历种种挑战与考验但做出精品的过程是美的。“最初也没想到会有这么艰难但是慢慢就发现有趣的地方在哪儿了。这篇论文没有秘密希望我们所有的理解、发现、进步都能与全世界的科学家共享。”黄岩谊说。(赵婀娜 宋子节 杨倚天)

  北京连续108天无有效降水

  追平近十年最长纪录 南方暖湿气流无进京通道导致“贫雪”

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  近期京城一直为晴好天气。而据气象部门预测从今天一直到腊月二十九天气仍以“晴转多云”或“晴”为主。北京晨报记者柴春霞/摄

  北京晨报讯(记者王海亮)截至今天今冬北京无有效降水日数持续108天追平近十年最长纪录。北京市气象台预计据现有气象数据春节前下场酣畅淋漓的好雪“希望不大”。如此一算打破历史上南郊观象台最长无有效降水日数纪录——114天应该也是“铁板钉钉”了。

  北京市气象台气象服务首席杨洁介绍历史上南郊观象台最长无有效降水日达114天出现在1970年10月25日至1971年2月15日;而近十年最长无有效降水日为108天出现在2010年10月25日至2011年2月9日。何谓“有效降水”?根据气象观测规范某气象观测站出现日降水量≥0.1毫米记为一个“有效降水日”。

  自2017年10月23日至今天南郊观象台连续无有效降水日数已经达108天与近十年最长纪录持平。据北京市气象台预报从今天一直到2月14日(腊月二十九)京城天气都被“晴转多云”或“晴”包圆春节前想下场好雪?没戏。这意味着今冬连续无有效降水日数追平乃至超越史上最长纪录114天也只是时间问题。

  杨洁提醒京城长时间无有效降水持续风干物燥森林与城市火险等级高市民朋友要特别注意用电用火安全谨防火灾;同时及时补充水分多吃新鲜的蔬菜与水果预防感冒。

  ■释疑

  问:中间不是下过一场初雪了?

  答:不记录为“有效降水”

  今冬京城还是静悄悄地下了一场初雪的那么这持续108天的“无有效降水”没有被打破?对此杨洁表示初雪实在太小了因此没有被记录为“有效降水日”。

  杨洁说是否记录为“有效降水日”北京地区以建立于1912年的南郊观象台为代表站而非全市平均情况。2018年1月21日的那场初雪虽然全市平均降雪量0.1毫米但南郊观象台日降水量小于0.1毫米为微量降雪所以不被记录为“有效降水日”。但是按照初雪标准全市20个人工站中有17个观测到降雪已达到初雪日。

  问:今冬为何如此“贫雪”?

  答:南方暖湿气流进京无通道

  北京市气候中心气候预测室科长施洪波解释去年11月以来赤道中东太平洋海温处于拉尼娜状态受其影响西伯利亚高压阶段性偏强东亚大槽强度偏强冷空气势力偏强京津冀地区主要受西北风控制;与此同时西太平洋副热带高压明显偏西、偏南不利于南方的暖湿空气向北输送与来自北方的冷空气在北京交汇因此北京难以形成大范围明显降雪。

  通俗来讲降雪的形成需要冷空气与暖湿气流的“碰撞”而去年入冬以来影响北京的来自西伯利亚的干冷空气很强势南方暖湿气流进京无通道没有暖湿空气与冷空气汇合自然无法形成降雪。

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