陳薇院士：表征生物學解碼復雜生命

生命體從生長、發育，到疾病、衰老、死亡，過程復雜而又多樣，隨著科技的發展，我們對這些生物學過程的理解已經達到了前所未有的深度和細節。然而，不同個體的生命過程存在著顯著差異，這也給現代生物學研究帶來了巨大挑戰，即如何在解析復雜生物學過程的同時，準確而又簡約地呈現每個個體的特性以及個體之間的共性。

近日，中國工程院院士、軍事科學院軍事醫學研究院研究員陳薇在中國工程院院刊《中國工程科學》刊發《表征生物學》一文，針對上述挑戰提出了“表征生物學”（Flag Biology）概念。

陳薇指出，表征生物學是將復雜的生物學過程通過多維度研究和精確解析，以簡約概念和特征性方式量化呈現的學科。這個概念的核心在于對生物學數據的全息獲取、深度挖掘、特征識別、提煉分類、編碼定量和表征展示，旨在揭示生物體在分子、細胞、組織和個體等不同層次上的特征和規律。

跨學科融合是表征生物學的一大特征。它整合了生物學、醫學、計算機科學和工程學等多個學科的知識和方法，形成了一個多學科交叉的研究范式。通過整合分子至個體層面的信息，構建了一個多維度的生物學理解框架。

表征生物學強調對個體生物學特性的客觀描述和特征化分析，這有助于揭示個體間的生物學差異及其對健康狀態的影響。

就表征生物學關注的內容而言，陳薇表示，在宏觀層面，通過群體生物學特征的分析和多組學數據的挖掘，揭示生物學規律。在微觀層面，利用以高分辨率、多模態成像以及冷凍電鏡等為代表的可視化技術，描述生物系統的精確結構與動態過程。

此外，環境因素尤其是極端環境，是遺傳之外決定生物表征的最重要因素，也是表征生物學的核心研究內容。要深入探究太空微重力、高原低氧、深海高壓、極地極寒以及生物系統內環境等對生物體機能適應和分子調控的影響。

表征生物學的研究范式和“抓手”有哪些？陳薇從三方面做了例證。

一是感染性疾病防治。病原體感染和宿主免疫反應是一個復雜和動態的相互作用過程，表征生物學通過獲取、高效處理和分析復雜的生物數據，有助于揭示病原體感染和宿主免疫反應的關鍵機制，系統地繪制機體感染免疫圖譜，促進基于病原體免疫反應的創新治療和預防策略的制定，推動傳染病防治和公共健康目標的實現。

二是癌癥診斷與治療。傳統的診斷方法難以全面、準確地捕捉腫瘤的分子和細胞特征。同時，針對單一靶點的治療方案往往難以發揮療效。表征生物學研究利用基因組學和蛋白質組學分析，確定關鍵突變基因，識別關鍵的致病分子及其功能。表征生物學在精準診斷、個性化治療、治療監測和預后評估，以及藥物開發等方面有顯著特征。

三是衰老機理與干預。我國已進入老齡化社會，增進健康、延長壽命、提高生活質量是每一個人的美好愿望。表征生物學可整合分散在分子、細胞、組織、個體等不同層面的衰老特征信息，鑒定新的衰老調控關鍵靶點，開發基于特征信息整合的精準衰老評估體系，在此基礎上，積極開展衰老干預驗證和創新研究。

陳薇總結，表征生物學研究向極綜合交叉發力，將助力推動未來科技向極宏觀領域拓展，向極微觀領域深入，向極端條件邁進。

相關論文信息：

DOI：10.15302/J-SSCAE-2024.04.024