猜想下一個生命科學時代會是什麼樣的

來自專欄 NGS測序與基因診斷前沿技術學習

今天看到一個問題：

生物化學、細胞生物學的理論，已經發展到瓶頸期了嗎，總覺得能夠發現一條信號傳導通路的時代已經過去了？

想寫一下回答，卻覺得不扣題，就單獨剪下來貼在這裡吧。

科學都是漸進、螺旋上升的，時代和時代之間沒有明確的劃分，但是簡單梳理一下可以粗劣總結出來生命科學的幾個時代：

前生命科學時代（生物學）

即傳統意義上的生物學，涵蓋樸素的生物學、觀察和實驗範疇的生物學、生理學、醫學。

生命科學起源時代（中心法則）

1、從達爾文、孟德爾、摩爾根到雙螺旋，人類明確了遺傳的物質基礎，形成理論。

2、對生物大分子（核酸和蛋白質等）的研究，又形成一個理論，即中心法則。

這兩個理論開創了生命科學時代，一直到今天都在這個大框架下面。

其實在此之後的大部分科學發現雖然很多，但是足夠彪炳史冊、甚至寫入中學教科書的理論很少。究其原因，就是這些發現不能形成一個理論體系，這也是部分科學家覺得生命科學不算「理學」的原因。

人類急需前進到下一個時代，發現更深層次的生命運作方式，併產生新的理論。

下一個時代？（Programming？or？）

最開始我們通過最明顯的突變性狀，篩選到了重要基因，然後找到基因的調控元件。後來我們又研究基因表達出來的蛋白質或有功能的RNA，研究了蛋白質的相互作用，又把一條一條的信號通路慢慢理清。

進入2000年以後，我們把信號通路理的越來越清晰，至今仍然有很多的實驗室在向這個方向努力，比如前幾天北京大學劉穎實驗室發的nature

Nature丨北大劉穎組在mTORC1與腫瘤發生及衰老調節方向取得重要進展--劉偉教授點評?

op.inews.qq.com

發現重要信號通路網路的新節點。

但信號通路的時代就遇到了這樣一個瓶頸：頭緒繁多、難成體系。很難形成一個理論，很難把信號通路作為一整章寫到中學教科書里。

我們用越來越厲害的技術來篩選有功能的基因，最開始是突變，現在是基因編輯。在基因編輯和測序技術突飛猛進的時代，我們通過大規模的篩選，以窮舉的方式驗證每個基因的功能，每個蛋白的相互作用。可是這又能怎麼樣呢？

我們得不出一個理論來指導我們做更多的事情。山中伸彌的誘導幹細胞分化的四個基因還是從多少個candidate裡面組合篩選出來的。這還不是一個足夠完美的理論。

新的理論應該是什麼樣子的？現在PPT裡面最流行放的一張題圖就是

Waddingtons landscape

也許最後的理論和Waddington的猜想不同，但這張圖的確是現今最能給予我們靈感的假設。可能，細胞的分化、信號通路等等是這樣從一個具有高度勢能的地方向下滑落，通過一個又一個選擇的交叉路口，最終達到特定的功能。

如果讓我來猜生命科學新時代理論的關鍵詞，我覺得應該是「Programming」。信號通路僅僅是形成這個landscape的經絡，而不是小球所經過的路徑。

足夠開創新時代的理論應該是足夠解釋這張圖的理論。由此可以繪製山勢全圖、預測小球路徑，之後隨意改變小球路徑、甚至山勢本身。

新的時代如何開創？離不開三駕馬車：新知識的積累、新的殺手鐧級別的工具和新的研究理念，最終形成新的理論。

新的知識積累：信號通路、重編程、表觀遺傳、功能RNA、3D基因組等等

新的工具：基因編輯、基因測序、超分辨顯微鏡

新的理念：組學、表觀遺傳學

千年伊始，在這三駕馬車的驅動下，下一代生命科學的理論呼之欲出，真希望有生之年見證甚至參與這個偉大過程！