北大7位学者历时7年刷新DNA测序精度

《人民日报》(第12版，2017年12月14日)

最近，北京大学黄教授领导的团队在《自然-生物技术》杂志在线发表了“基于信息论的高精度荧光DNA测序方法以纠正错误”。这表明中国学者成功刷新了DNA信息解释的准确性，从根本上提高了测序方法本身的准确性，打破了国外在基因测序领域的技术垄断，极大地促进了我国生命科学和医学的研究与发展，有望为婴儿基因突变检测、循环肿瘤DNA等测序的临床应用的进一步发展提供更好的工具。

研究团队包括北京大学教授、黄、博士后陈、博士生周、乔硕、、副研究员段海峰。这七名成员来自不同的学科，如化学、物理和生物。

纠错编码测序方法的发明大大提高了基因序列测定的准确性

众所周知，生命之所以能代代相传，永不停息，原因在于携带遗传信息的DNA。人类基因组包含多达30亿个碱基对，理论上有无限的排列和组合。然而，DNA测序是进一步研究和修饰靶基因的基础，在生物学、医学等领域具有重要意义。因此，当科学家解释遗传密码时，测序技术是一个强大的解码工具。

以前，中国的DNA测序技术在世界上处于第二梯队，前沿技术仍然被美国公司和科研机构垄断。中国成千上万的测序服务公司只能在引进外国测序仪上投入巨资。他们没有技术来源的解决方案，更不用说他们自己的定序器了。

“就像需要自己的飞机一样，中国也需要自己的音序器。如果你只是借用别人的技术，你将永远没有机会领导别人。”正是基于这种想法，黄领导的研究小组在7年时间里发明了纠错码(ECC)排序法。从此，中国的基因测序技术拥有了独立的核心技术和知识产权。

像古埃及的罗塞塔石碑一样，石碑上刻有与当时古希腊文字、古埃及象形文字和流行文字相同的内容。现代考古学家将古埃及象形文字与三种语言版本的内容进行了比较。椭圆曲线测序法也使用3种不同的方法来检测同一序列。通过创建3个正交简并序列，将信息冗余和测序过程相结合，发现并纠正测序中产生的错误，从而大大提高基因测序的准确性。

以基础研究推动新技术发展，从根本上推动新技术的应用

“随着行业的不断发展和壮大，竞争将越来越集中在‘上游’技术来源上。椭圆曲线测序法的发现，正是为了从源头上把握DNA测序法，打破其他国家商业垄断的束缚，掌握核心知识产权。"黄介绍. "这是一篇非常重要的原创文章，不是快速文章。“谢晓亮说，椭圆曲线测序法将大大提高下一代测序仪的准确性。

从中国制造到中国智能制造，现代农业通过筛选优良基因进行育种，现代医学通过DNA测序进行疾病监测和预防...DNA测序的研究成果不仅促进了中国生命科学研究的发展，也为世界提供了中国的智慧。“尽管中国在某些领域仍处于运行阶段，但我相信我们有潜力成为未来的领导者。”黄对说道。

椭圆曲线测序法的研究成果属于基础前沿研究，是引领其他学科研究发展的创新和先导。“只有从基础科学开始，推动新技术的发展，我们才能从根本上推动应用。就好像你只能制造汽车一样，没有高质量的核心引擎驱动，你就无法做到这一点。”黄介绍。

经过七年的研究，我经历了许多问题，如科研困难、资金短缺、停工和人员不稳定。“很多时候不能直接感觉到关键突破在哪里，需要继续探索。许多现有知识无法直接应用，需要整合。”黄介绍。“论文的发表当然很令人高兴，但更重要的是科研本身的价值和探索过程中的成就感。”这是研究小组成员的共同感受。

这篇论文没有秘密，希望与世界各地的科学家分享进展。

科学研究的美妙之处在于，真理往往贯穿许多学科，具有相同本质的不同特征。这也使得研究需要收集多方知识进行探索。

测序技术的发展涉及化学、生物医学、计算机、微电子学、光学、材料科学、精密加工和其他多学科技术。

如果没有许多跨学科研究中心，如北京大学前沿跨学科研究所和团队成员所在的生物动态光学成像中心(近年来相继成立)，就很难组建团队来开展复杂的项目，如需要调动多种资源的椭圆曲线测序方法。黄说，“把来自不同研究领域和背景的教师和学生聚集在一起，共同促进科学研究的发展，使这项研究能够综合各方的智慧，最终取得成功。”

北京大学生命科学学院生物物理学博士生、负责关键数学推导、算法优化和编程实现团队的关键成员周表示，关键算法的诞生源于一次偶然的课堂实践。美国国家科学院院士迈克尔·沃特曼教授在20世纪70年代对生物信息学的研究领域产生了深远的影响。我很幸运在一次班级活动中得到他的面试机会。一天晚上，在我从实验中回家的路上，我突然发现这个理论为算法的计算提供了灵感。”

当然，所有大胆的推测都需要仔细和严格的验证。在黄看来，的研究成果显示了基础工作抽象原则的突破与工匠精神的完美结合。你不仅想做得好，还想做得好。使用更好的技术，做更好的科学。”

在研究过程中，黄对学生能够通过搭建宽松的研究平台和提供优质的资源不断成长和进步感到欣慰。我国基础研究发展的关键是培养创新型人才，因为我们不仅需要掌握制造仪器的技术，而且还需要培养一批能够发明新仪器的年轻而老练的科学家。

“我做了物理化学实验、分子生物学和光学实验、研究仪器、流体控制，最后是计算机算法。回想起来，我真的学到了一切。”该论文的第一作者、该研究的主要发起人陈博士说，当他第一次加入研究组时，他是北京大学化学系的一名本科生。他完成了工程学博士学位，现在是生命科学学院的博士后。

椭圆曲线测序研究从开始到发表花了7年时间，经历了各种挑战和测试，但制作精美作品的过程是美丽的。“起初，我没想到会这么难，但慢慢地我发现了有趣的地方。这篇论文没有秘密。我希望我们所有的理解、发现和进步能够与全世界的科学家分享。”黄对说道。

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