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【院士谈科技自立自强】揭示生命本质,要既见树木也见森林

2023-07-15   光明网-《光明日报》   阅读量:255

【院士谈科技自立自强】

    作者:丛斌(中国工程院院士、九三学社中央副主席)

    当前,人类认识生命的探索已走到分子层面,基因治疗被科学界寄予厚望。但人类对疾病的认知和治疗能力并没有本质突破,依然在使用天然的和化学合成的物质对抗疾病,对整体生命活动的改善还很有限。

    揭示生命本质,既要见树木,也要见森林。

    面对越解越多的生命之谜,对于生命科学研究,现有范式难以更进一步揭示生命本质规律,必须构建新的研究范式,进行重大基础理论创新。

    2007年,图灵奖得主吉姆·格雷曾提出,信息爆炸迫使科学家必须将实验、理论和计算机计算统一起来,建立一种新的科学研究范式,即第四范式——研究内容由局部走向系统,方法由单一学科走向学科交叉,范畴由多层分科走向探索共性。

    细胞是生命体的核心单元,人体就是一个由约37万亿至40万亿个细胞构成的复杂系统。心与小肠在解剖学上并没有直接联系,怎么会在生命活动中有关联呢?大数据证明了这样的关联确实存在。这意味着,通过大数据、人工智能等手段,以超级算力为基础,可以不断将生命组织结构间的关联解析出来。

    以医学研究的进化过程为例,我想说明一下研究范式转变的重要意义。

    以往在还原论“范式”的指导下,人们试图通过认识单个基因或蛋白质的结构与功能来阐明个体的生理或病理活动,认为对复杂生命系统的理解可以通过将其拆解为组成的零部件并逐个拿出来进行研究来实现。

    事实并非如此,还原论指导下的“一药一靶”线性模式在抗击肿瘤、代谢性疾病和神经退行性疾病等慢性病方面面临巨大的挑战。美国政府在1971年专门启动消灭肿瘤的“战争”,但其结果却远未达到预期。

    为何会失败?根本原因在于,肿瘤属于复杂疾病,其发生发展过程涉及机体众多的内部因素和环境因素,以及这些因素之间复杂的网络相互作用。因此,必须寻找新的思路从整体研究策略上改变这种单纯的“碎片化”研究范式。

    要从一个基因、一个蛋白质、一个分子、一次研究,转变为对所有基因、所有蛋白质、所有分子进行系统研究,这种转变不仅是将生命体内的研究对象从局部转变为全局,更重要的是对生命的认知从简单性思维转变为复杂性思维,也就是系统生物学的思维模式。

    很快,系统生物学被引入医学领域,形成了系统生物医学,通过整合数学、计算机科学、数据分析等去分析细胞及分子水平的微观结构及其空间分布,解析这些结构间的网络化关联关系,以及揭示结构间网络化互作的动态时空变化规律。此为系统生物医学亟待研究的三大基础科学问题,也是破解疾病机制和新药研发的科学基础。

    由此可见,通过转变医学研究范式,能够更完整地认识人体复杂系统的运行和变化,揭示生命本质和生理病理机制,实现基础科学、临床医学、药学方面从零到一的突破。

    《光明日报》(2023年07月15日 01版)


[ 责编:杨煜 ]