“組學國標”項目結碩果：最精準的mRNA測序與蛋白質組質譜

　　二代測序、蛋白質組質譜，這些“高大上”的組學手段早已不是稀罕事，使人們對生命和疾病的理解進入了一個嶄新的時代。這些組學技術大量用于科研的同時，在應用領域卻陷入了巨大的困境。

　　蛋白質組質譜技術和RNA測序目前幾乎沒有任何值得一提的臨床應用，即便是在臨床應用得相對較多的DNA測序，也飽受重復性差、準確性差的詬病。雖然組學技術看上去有“一網打盡”的優點，但如果重復性差、準確性差，結果的可靠性就無法保證。在科研領域會造成大量的浪費，甚至被不可靠的結論誤導后續的研究；在臨床應用領域甚至可能危及生命，或因為精度太低而造成信噪比低，導致分子標記物不能有效地被測定。

　　DNA的應用多為定性（突變檢測），而RNA和蛋白質的應用多為定量。RNA和蛋白質的定量組學技術能差到什么程度？以RNA-seq為例，通常高豐度mRNA的定量重現性（技術重復）以CV（變異系數，等于標準差除以平均值）計，能做到10%已經很好了，30~40%也是常有的事；中低豐度mRNA的CV經常能超過60%。如果是生物學重復，還會更高。而蛋白質組質譜的重復性就更悲催了，且不說定量，同一個樣品打兩次質譜，鑒定到的蛋白質往往只有70-80%的重現性，即20-30%的蛋白質只在一次質譜實驗中能被鑒定到；定量就更糟糕了，高豐度蛋白質CV 50%、中低豐度蛋白質CV 100%甚至都不罕見。組學技術誤差這么大，也難怪現在有“精準醫學不精準”的問題了。

　　目前，世界上尚無任何一個組學質控標準出臺，這也是造成大家各自為政、難以規范和質控的關鍵問題。為了從源頭上解決這個問題，中國科技部于2018年立項了《醫學生命組學數據質量控制關鍵技術研發與應用》國家重點研發計劃，由華南理工大學、暨南大學、北京師范大學等單位聯合攻關，目標是開發一系列全流程新技術，將組學技術的精度提高到一個空前的新高度，并制定相關的質控標準。2018年底，項目啟動會在廣州召開。

　　項目啟動僅半年不到，這個項目就已結出碩果，在RNA測序和蛋白質組質譜方面達到了目前世界最高的重現性。

　　2019年2月12日發表的文章中，華南理工大學和暨南大學的團隊將RNA-seq中高豐度mRNA的定量重復性做到了CV=53ppm，即0.0053%。是的，你沒有看錯，0.0053%。在30個菌株中穩定表達一個基因，進行RNA-seq。盡管各樣本的測序通量相差100倍之多，但這個高豐度基因的表達量卻驚人的一致，CV僅為53ppm。在更為困難的RNC-seq（翻譯組測序）上，30個樣本的生物學重復，該高豐度mRNA的翻譯定量CV也做到了150ppm，即0.015%。這么穩定的表達量使得文章中根本無法畫出誤差線，因為畫了也根本看不到。值得一提的是，這項研究的測序實際是在深圳承啟生物科技有限公司進行的，表明這項極端精確的RNA測序技術并不只是停留在論文里，而是已經在商業服務環境下運行成功。

　　2019年5月24日發表的另一篇文章中，暨南大學和德國夏洛特醫科大學的科學家將蛋白質組質譜的重現性同樣推到了一個令人咋舌的地步。對大腸桿菌胞內全蛋白質組的兩次生物學重復質譜實驗，鑒定出的蛋白質重合率高達99.7-99.8%，亦即兩次生物學重復（即培養兩批同樣的菌進行獨立實驗，不是一個樣品打兩次質譜）鑒定到幾乎完全相同的蛋白質。并且，這種超高的重現性能在多個菌株上穩定地實現，說明并非碰運氣，而是有著硬實力！

　　不僅鑒定重現性高，基于DIA（非數據依賴性采集）的HRM-MS策略在暨南大學的質譜實驗室中也穩定地達到了R=0.98的定量相關性，相比于以往的質譜定量實驗R=0.8~0.94的水平有了明顯的提升。達到這么高的水平也離不開各環節嚴格的質控。論文中的數據也證明了，采用更嚴謹的質控標準有利于定量相關性的進一步提升。

　　這些成果的發表，標志著中國科學家在RNA和蛋白質組學定量技術的重現性和穩健性方面走在了世界的前列，誤差極小、重現性極高的全流程組學技術可以在科研和應用上帶來一場革命。在科研領域，超高精度組學技術可以使人們研究以往無從下手的問題：事實上，這兩篇論文的主旨都不在技術突破，而在于用技術突破解決了以往沒能解決的生物學問題。在臨床應用上，超高精度組學技術也必將為組學技術真正走向臨床診斷奠定堅實的基礎，同時也預示著新的行業標準和國家標準，為整個行業的規范化提供技術依據。

　　參考信息：

　　https://biotechnologyforbiofuels.biomedcentral.com/articles/10.1186/s13068-019-1377-z

　　https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fgene.2019.00473/full