他是阿尔伯尼生物医学奖首位华人获奖者，被誉为“最接近诺贝尔奖的华人科学家”。今天，以“解码生命”为主题的世界顶尖科学家国际联合实验室论坛在上海举行，北京大学理学部主任谢晓亮教授发表演讲，向观众介绍了关于基因组3D结构的研究成果。这个前沿领域可以从3D视角揭示基因组的奥秘，为治疗自闭症、精神分裂症、癌症等疾病奠定理论基础。

　　谢晓亮拥有4个院士头衔——美国国家科学院院士、美国国家医学院院士、美国艺术与科学院院士、中国科学院外籍院士。毕业于北京大学化学系的他，曾任哈佛大学化学与化学生物系终身教授。2018年，这位顶尖科学家全职回到母校北京大学工作。

　　谢晓亮院士发表视频连线演讲。

　　“这是23对人类染色体的高分辨率3D结构。”演讲伊始，谢院士展示了他的团队用国际领先技术测定的基因组3D结构，这些结构图案的各个位点用不同颜色显示，展现出迷人的“科学之美”。

　　据介绍，科学家过去对基因组的研究大多局限在平面结构，然而破解其3D结构，对研究小鼠、人类等哺乳动物的基因奥秘具有重要价值。为此，谢晓亮团队长期致力于3D基因组和单个细胞基因调控研究。他告诉观众，在人体内每一个细胞里，总长达2米的46条染色体都具有独特的3D结构，科学家能通过改变不同基因的形状来调控它们的表达。

　　2018年8月，国际顶级学术期刊《科学》发表了人类细胞3D基因组研究的重磅成果。谢晓亮团队利用自主研发的Dip-C（二倍体染色质构象捕获）单细胞测序技术，在高分辨率下重建了来自淋巴母细胞系、原代血细胞的人类二倍体单细胞基因组3D结构，并定位了细胞核中特定单核苷酸变异和拷贝数变异。这是国际科学界首次破译人类二倍体单细胞基因组的3D结构。

　　GM12878细胞系二倍体单细胞基因组3D结构图（来源：亿康基因）

　　“直到今天，Dip-C仍是高分辨率测量单细胞3D全基因组结构的唯一方法。它的分辨率比目前最先进的显微成像方法还要高两个数量级，实验操作也很简单，成本非常低。”谢晓亮的这番话，道出了这种单细胞测序技术的革命性意义。

　　近年来，他带领北京大学团队利用Dip-C和MALBAC-DT（用于数字转录组分析的多次退火环状循环扩增技术）方法，研究了小鼠的感觉神经元。2021年1月，他们的成果发表在国际顶级学术期刊《细胞》上——在高分辨率下，生成了正在发育的小鼠皮层和海马体的转录组（3517个细胞）和3D基因组（3646个细胞）图谱。研究发现，小鼠出生后第一个月内，其3D基因组和转录组都发生了分子层面的转化。

　　这些转化是由外界感官刺激引起的吗？科研团队做了一个“视觉剥夺”实验，将刚出生的小鼠放在黑暗环境中饲养，让它们不受到任何视觉刺激。结果发现，这些小鼠视觉皮层的3D基因组几乎不受影响，依然能正常转化。这说明，3D基因组的变化是先天决定的。

　　谢晓亮表示，转录和基因组结构的失调可导致神经发育障碍，所以这个领域的基础研究将为自闭症、精神分裂症等神经发育疾病的诊疗奠定基础。不仅如此，以Dip-C为基础的数据分析方法有更广泛的应用价值，可用于分析单细胞与常规3D基因组、转录组、DNA甲基化组等数据，助力科学家研究癌症、器官发生、学习与记忆、衰老与神经退行等生命现象。

　　栏目主编：黄海华

图片摄影：赖鑫琳

　　来源：作者：俞陶然