揭秘國家基因庫

2016年9月22日，位于深圳大鵬新區(qū)，占地面積超過5萬平方米，總建筑面積11.6萬平方米的國家基因庫正式運(yùn)營。國家基因庫的核心是基因保存，截至目前，國家基因庫的基因信息數(shù)據(jù)總量達(dá)60PB，生物樣本存儲能力達(dá)1000萬份，其可訪問數(shù)據(jù)量和數(shù)據(jù)存儲能力，以及可訪問樣本量和樣本存儲能力均居世界前列。

Tips：1PB到底有多大

以一部電影500MB計(jì)算，1PB=1024TB=10242GB=10243MB，相當(dāng)于200多萬部電影。假設(shè)一個人一天看一部電影，需要5000多年才能看完。

基因——控制生命活動的“密碼”

基因又稱遺傳因子，不同的基因包含著不同的遺傳信息，從而使生物具有不同的性狀。例如有的基因決定你是什么血型，有的基因決定你是藍(lán)眼睛還是黑眼睛。植物、動物、真菌以及細(xì)菌的細(xì)胞中都有很多基因，而人類的頭發(fā)、牙齒以及血樣、臍帶血、干細(xì)胞也包含著人的基因序列。

基因到底是如何控制生物體性狀的呢？基因是具有遺傳效應(yīng)的DNA片段。構(gòu)成DNA的四種脫氧核苷酸呈線性排列，它們各含有一種堿基，四種堿基各不相同，由此基因上堿基序列便含有特定的遺傳信息。遺傳信息的表達(dá)是這樣進(jìn)行的：DNA上的堿基序列轉(zhuǎn)錄形成信使RNA的堿基序列，信使RNA上相鄰的三個堿基對應(yīng)一個密碼子，編碼形成一個氨基酸，DNA的堿基序列由此便確定了構(gòu)成蛋白質(zhì)的氨基酸序列。正是通過這一信息傳遞過程，基因上抽象的遺傳信息被翻譯成特定的蛋白質(zhì)。蛋白質(zhì)是生命活動的體現(xiàn)者，基因正是通過控制蛋白質(zhì)的合成，從而控制生物體性狀的。

揭開國家基因庫的神秘面紗

國家基因庫是寶貴的生物資源平臺，它猶如人類博物館、植物園、動物園、微生物館的一個集合。這里不單搜集了生物的基因數(shù)據(jù)，還包含植物、昆蟲、鳥類等生物樣本。農(nóng)耕時(shí)代的核心資源是耕地，工業(yè)時(shí)代是能源，而生命科學(xué)時(shí)代則是基因。國家基因庫儲存了來自全球的生物樣本、生物信息數(shù)據(jù)，不僅能有效保護(hù)、開發(fā)和利用我國珍貴的遺傳資源，提高我國生命科學(xué)研究水平，還有利于促進(jìn)我國生命科學(xué)和生物產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，維護(hù)國家生物信息安全。

21世紀(jì)是生命科學(xué)的時(shí)代，目前，美國、歐洲、日本都分別建立了大型基因數(shù)據(jù)庫，而中國國家基因庫則為我國生物技術(shù)產(chǎn)業(yè)的創(chuàng)新發(fā)展提供了一個強(qiáng)大的平臺。

別出心裁的選址和造型

國家基因庫位于深圳最后的“桃花源”——大鵬半島，面朝大海，三面環(huán)山。選址于這個相對封閉的環(huán)境中并不是決策者一時(shí)的心血來潮，而是有緣由的。國家基因庫中儲存的基因資源非常珍貴，為了確保這些生物信息的安全，因此選址相對封閉。此外，大鵬半島毗鄰深圳大鵬的液化天然氣碼頭，能夠便捷地利用液化天然氣生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的大量冷能來冷卻樣品。國家基因庫的主體建筑依照選址地山體的自然坡度建設(shè)，每一層都有山體結(jié)構(gòu)的支撐，穩(wěn)固性非常好。

除了獨(dú)特的選址，國家基因庫的造型也讓人眼前一亮。國家基因庫仿照美麗的云南哈尼梯田進(jìn)行外形設(shè)計(jì)，一層一層的建筑順著山勢蜿蜒而上，造型十分別致。走進(jìn)大廳，你會發(fā)現(xiàn)，從大廳通往二樓的樓梯呈螺旋狀上升的狀態(tài)，這正是仿照DNA的雙螺旋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的，整體造型宛如一個特大號的DNA片段，契合基因庫儲存基因的功用。

功能全面的三庫兩平臺

不單擁有別出心裁的選址和造型，國家基因庫的結(jié)構(gòu)功能也十分完善，它由“三庫兩平臺”組成。“三庫”是生物資源樣本庫、生物信息數(shù)據(jù)中心和生物活體庫，“兩平臺”為數(shù)字化平臺和合成與編輯平臺。

生物資源樣本庫

—存儲和管理本國特有的遺傳資源

生物資源樣本庫用于保存動植物、微生物和人類組織細(xì)胞等樣本，存儲和管理本國特有的遺傳資源，確保我國生物資源，尤其是我國的特有物種、瀕危物種、具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值和科學(xué)研究價(jià)值的物種以及生態(tài)系統(tǒng)物種種群的安全性，從而有效保護(hù)我國生物資源的多樣性。

生物信息數(shù)據(jù)中心

—建成生物大數(shù)據(jù)時(shí)代的搜索引擎

生物信息數(shù)據(jù)中心匯集著基因、蛋白質(zhì)、分子、影像等多種生物信息。目前，國家基因庫與國家超級計(jì)算機(jī)中心合作建立了大型數(shù)據(jù)庫，統(tǒng)一檢索系統(tǒng)已經(jīng)囊括了國際千種植物轉(zhuǎn)錄組項(xiàng)目、萬種動物線粒體基因組項(xiàng)目、千種昆蟲轉(zhuǎn)錄組進(jìn)化項(xiàng)目、國際萬種鳥類項(xiàng)目、國際癌癥基因組聯(lián)盟等非人方向和人方向項(xiàng)目，整合了7000個以上的物種/品種、27個人種、幾萬個樣本、百萬個基因、千萬條突變信息，總可檢索條目數(shù)超過一個億。

生物活體庫

—打造中國的“諾亞方舟”

生物活體庫猶如中國的“諾亞方舟”，保護(hù)和保存著世界上約30萬種植物、百萬種動物、近千萬種微生物的活體資源。隨著人口的快速增長，野生生物的棲息地急劇減少，很多物種瀕臨滅絕。一個物種的滅絕意味著這個物種所帶的特有基因從此消失。如果當(dāng)年野生稻的雄性不育株稀少甚至滅絕了，雄性不育基因隨之消失，雜交水稻之父袁隆平就不可能選育出畝產(chǎn)超1000千克的雜交稻。建立了基因庫，我們不僅可以保護(hù)瀕危生物，還可以長期保存瀕危滅絕生物的活體標(biāo)本和遺傳信息數(shù)據(jù)，使滅絕生物將來有可能重現(xiàn)世間，為子孫后代留下寶貴的遺產(chǎn)。

數(shù)字化平臺

—讀取樣本的遺傳信息數(shù)據(jù)

數(shù)字化平臺是進(jìn)行基因測序的平臺，簡稱讀平臺，用于“讀取”基因的核苷酸序列，并把遺傳信息的數(shù)據(jù)保存下來，從而獲取樣本的遺傳信息數(shù)據(jù)?；驕y序是進(jìn)一步研究和改造目的基因的基礎(chǔ)，因此具有重要的意義。20世紀(jì)末開始實(shí)施的人類基因組計(jì)劃，歷時(shí)數(shù)十年，耗資數(shù)十億美元，對人類DNA進(jìn)行測序。而2007年，第一個完整的人類基因組序列圖譜誕生，只花費(fèi)了150萬美元，耗時(shí)僅3個月。隨著基因測序技術(shù)的發(fā)展，也許在不久的將來，人們僅僅需要上千元就能測定自己的基因信息，進(jìn)而掌握自己的健康狀況。

合成與編輯平臺又稱寫平臺，可以根據(jù)生物的遺傳信息合成基因，或?qū)σ延械倪z傳信息進(jìn)行有目的的編輯和修改，以合成人類需要的基因，使生物具有新的性狀，甚至創(chuàng)造新的生命。

目前，國家基因庫已與國際生物和環(huán)境樣本庫協(xié)會、挪威世界末日種子庫、中國科學(xué)院海洋研究所等國內(nèi)外一百多家科研機(jī)構(gòu)、行業(yè)組織開展合作。隨著國家基因庫存儲容量的增加，中國的這座承載著人類及其他生物遺傳密碼的“生命銀行”也將為人類健康及科學(xué)研究提供更多的生物數(shù)據(jù)。未來，國家基因庫還將成為一個面向大眾的科普教育平臺，為更多的人提供與科學(xué)對話的機(jī)會！

Tips：全球四大國家級基因庫

國家級基因庫是儲存本國特有的遺傳資源、生物信息和基因數(shù)據(jù)的樣本庫。在中國國家基因庫建立之前，世界上最權(quán)威、最廣泛的基因庫主要有歐洲生物信息學(xué)研究所（EBI）的EMBL數(shù)據(jù)庫、美國國家生物技術(shù)信息中心（NCBI）的GenBank數(shù)據(jù)庫和日本國立遺傳學(xué)研究所（NIG）的DDBJ數(shù)據(jù)庫。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，三大數(shù)據(jù)庫所儲存的遺傳信息能夠互相交換，以保證數(shù)據(jù)的全面性。

在中國國家基因庫正式運(yùn)營后，它也將與國際上現(xiàn)有的三大基因庫開展數(shù)據(jù)交換與共享，推動我國的國家基因庫向國際基因庫轉(zhuǎn)變。中國國家基因庫不僅注重?cái)?shù)據(jù)的存儲，同時(shí)也嘗試在基因密碼破譯、精準(zhǔn)醫(yī)療和精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)等生物科學(xué)領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)進(jìn)行研發(fā)利用。