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基于知识图谱的蛋白质组学发展研究

高雪  
【摘要】:蛋白质组学集生物技术、分析技术、信息技术和材料技术等之精华,采用大规模、高通量、高速度的技术手段,通过全局性研究基因组所表达的所有蛋白质在不同时间与空间的表达谱和功能谱,全景式地揭示生命活动的本质。蛋白质组学已成为21世纪生命科学与生物技术的重要战略前沿和主要突破口[1]。 2001年4月,国际人类蛋白质组组织(HUPO)成立,并决定启动人类蛋白质组计划(HPP),该计划是继人类基因组计划之后生命科学领域最大的国际合作计划。HUPO先期启动了人类血浆蛋白质组计划和人类肝脏蛋白质组计划(HLPP),随后陆续启动了脑、肾脏、糖蛋白、抗体、标准化等一系列蛋白质组计划,国际科技界给予高度重视,各国政府也高度关注并给予大力支持。蛋白质组研究已成为本世纪各国争夺最激烈、最重要的战略制高点之一。 1997年,“蛋白质组学”的概念被我国少数几家实验室引入国内。随后十多年间,我国蛋白质组学发展速度远远超过了生命科学领域的其它新兴学科,从最初仅国内少数几个单位参与、到逐步发展壮大、最后走向世界、并在国际上占有一席之地。2002年,我国科学家在国际上率先提出了HLPP计划,并提出了蛋白质组“两谱、两图、三库”的科学目标。通过国际多家实验室的共同努力,HLPP构建了迄今最大的人类肝脏蛋白质组数据库,成为HPP全面实施之际最为国际同行所重视的数据。 随着蛋白质组学研究的不断发展,我国蛋白质组学研究的重心已从最初以建立技术平台、开展技术方法研究为主,逐步转向以高通量蛋白质组研究技术平台为基础,深入开展关系到我国人民健康的重大疾病问题和重要生命科学问题研究。目前,正值“十二五”开局之年,我们应全面分析国内外蛋白质组学研究现状和发展趋势,总结评价近十年来我国蛋白质组学研究发展状况,认真思考我国蛋白质组学在“十二五”期间需要重点部署的研究领域及需要拓展的国际合作伙伴,为我国蛋白质组学未来发展提供科学的对策和建议。 文献计量方法是借助文献研究的各种特征的数量,采用数学与统计学方法来描述、评价和预测科学技术的现状和发展趋势的方法。科学知识图谱是将信息可视化技术、应用数学、图形学、计算机科学等与科学计量学结合起来的交叉科学研究方法。近几年,国内对科学知识图谱方法的引入和运用刚刚起步,基于知识图谱的蛋白质组学发展研究尚未见文献报道。 本研究以美国Web of Science数据库所收录的蛋白质组学文献为研究对象,借助文献计量和科学知识图谱方法,并结合文献调研和专家咨询,系统、科学地分析蛋白质组学前沿进展和演化发展态势,了解蛋白质组学及肝脏蛋白质组学研究主体和研究基础,并揭示蛋白质组学国际合作网络的结构特征。 经过定性和定量相结合分析总结蛋白质组学发展趋势,研究重点已从定性分析向定量描述转变,蛋白质分离鉴定技术由单一模式向多维模式转变,蛋白质组分析由静态描述向动态研究转变,从数据积累向知识挖掘转变,从实验室研究到临床应用拓展,带动了大量相关学科领域的快速发展,为生命科学研究、生物技术应用和人类疾病防治带来新的革命。从蛋白质组学研究力量分布来看,蛋白质组学涉及学科领域广泛,重点涉及生物学及医药科学,并向与国民经济密切相关的农学、环境科学、化工等其它相关领域扩展。蛋白质组学国际核心期刊主要是《Proteomics》,《Journal of Proteome Research》,《Molecular Cellular Proteomics》等。从作者地域分布来看,美国作者在国际蛋白质组学舞台上最为活跃的,位居第二、第三和第四的是德国、英国和中国。近三年我国蛋白质组学研究发展迅速,在发文数量上超过德国和英国,已跃居第二。但我国与欧美国家在文献平均被引频次尚有较大差距,在研究学术水平和影响力方面尚需提升。从高被引文献来看,多与蛋白质组学新技术和新方法密切相关,新技术和新方法的突破会大力推动蛋白质组学领域及相关交叉学科发展,并带来历史性飞跃。从蛋白质组学国际合作网络来看,合作最为密切、中心性最高的国家是瑞士、澳大利亚、美国、瑞典、丹麦等,中国蛋白质组学国际合作程度与上述国家相比,尚需进一步加强,特别是与合作网络核心国家开展实质性合作。 经知识图谱分析,肝脏蛋白质组学研究主体主要是美国、中国、德国等,研究机构是复旦大学、中国科学院、北京放射医学研究所等,代表性科学家为杨芃原、贺福初、张祥民等。虽然中国在发文数量上稍逊于美国,中国的研究机构和代表性科学家已在该领域处于国际领先地位。肝脏蛋白质组学研究基础主要源自蛋白质组学关键技术、方法和软件等研究,重点是基于蛋白质组学技术方法在肝脏生理病理学研究的广泛应用。 参考上述结论,建议我国在“十二五”重点开展定量蛋白质组、蛋白质翻译后修饰和蛋白质相互作用研究,重点发展具有自主知识产权的蛋白质组新技术新方法,并将蛋白质组学实验室研究向临床应用转化,积极推进蛋白质组集成技术和产品在农业、环保、能源等领域的推广与应用。全面实施人类肝脏蛋白质组计划,部署我国具备前期研究基础的其它蛋白质组计划,加强与国际顶尖蛋白质组学团队的实质性合作,巩固和提升我国在国际蛋白质组学的优势和地位。 本研究为及时追踪蛋白质组学国际前沿进展,找准研究切入点,熟悉蛋白质组学学科结构与国际合作网络提供了科学的量化依据和参考,从而有助于全面了解我国蛋白质组学在国际上所处地位,并为我国在该领域未来重点研究方向及国际合作发展提供对策和建议。并以此参考,制定了863计划“十二五”蛋白质组重大项目技术路线图,确定了研究目标、研究任务和预期成果产出,为我国蛋白质组学研究“十二五”发展路线指明了方向,并为中长期可持续发展奠定了基础。


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