近日，深圳华大生命科学研究院(以下简称“华大院”)联合多家机构，在Cell Press官网以时空组学联盟的形式发布了全球首批生命时空图谱。该图谱从时间和空间维度超高精度地分析了生命发育过程中基因和细胞的变化，为认知器官结构、生命发育、人类疾病和物种进化提供了新的方向。
据介绍，华大研究院利用自主研发的时空组学技术Stereo-seq，首次绘制了小鼠、斑马鱼、果蝇、拟南芥四种模型的胚胎发育或器官的时空图谱，被称为“超广角亿像素生命相机”。这项技术还可以同时“拍摄”每个细胞的遗传信息和空间位置，实现器官和生命的全景分子细胞图的绘制，有助于研究人员了解生命的发育过程。
华大时空组学研究院首席科学家陈傲介绍，通过Stereo-seq技术，人类首次实现了空间分辨率为500纳米的生命全景时空图的绘制。在过去，完成时空图需要几千甚至上万次实验。现在使用华大自主研发的时空芯片，只需要一次定位就可以实现。
“时空组学技术所需的数据量比过去的组学技术增加了一个数量级，这是前所未有的挑战。为此，我们开发了一系列适合其数据分析的新算法和相关可视化数据库，希望能够帮助解决该领域未来在计算存储和算法计算能力方面可能面临的一系列挑战。”BII首席科学家李玉祥说。
中国工程院院士、著名免疫学家曹雪涛认为，这是生命科学领域的方法论突破，也是中国在核心技术自主研发方面领先世界的范例和里程碑。在未来的肿瘤或衰老器官中，时空组学技术可以帮助我们了解器官中的免疫细胞、基质细胞和主要细胞类型之间的关系发生了什么变化，背后的调控机制是什么，有什么生理和病理意义。相信这些信息会为人类疾病的预防、诊断和治疗带来革命性的突破。
事实上，在人类发育疾病方面，科学家在过去已经发现了许多与人类发育有关的变异。这些变异导致母亲怀孕期间流产或新生儿出生缺陷，如唇腭裂、唐氏综合征等。但人们仍然不知道真正发病背后的原理。据华大的研究人员介绍，借助时空组学的Stereo-seq技术，研究人员现在可以发现生命体的哪些阶段、器官和细胞类型出现异常，这对未来的潜在治疗具有重要意义。
近年来，时空组学技术在生命科学和临床医学研究中发挥着越来越重要的作用。2020年，时空组学技术被评为《自然方法》年度技术。“时空组学技术的出现，实现了生命在时间和空间维度上的细胞‘图谱’的全面绘制，让我们可以在细胞甚至亚细胞分辨率上观察正常和疾病状态下分子和细胞的分布以及细胞之间的相互作用，真正实现了从高精度结构的角度进行观察和理解，这将极大地促进我们对生命和人类疾病复杂性的全面理解。”华大研究院单细胞组学首席科学家刘说。
首个全球生命时空图谱发布当天，为推动时空组学在生命科学各领域的广泛应用和快速发展，华大研究院等机构携手全球科学家，启动了“时空组学联盟”国际合作计划。联盟将发挥时空组学在器官、疾病、发育和进化四个方向的技术优势，推动物种的研究
据华大研究院相关负责人介绍，时空联合体是一个国际科学联合体，由来自哈佛大学、剑桥大学、牛津大学等16个国家的80多位科学家组成。不仅有生物学家，还有数学家和计算机科学家。这是一个跨学科的联盟，包括许多世界上顶尖的科学家。联盟成员、中科院脑科学与智能技术卓越创新中心主任蒲慕明院士表示，联盟的成立是一个非常重要的里程碑。“过去大量的组学数据缺乏时空信息，时空信息的收集、分析和建模是未来生物学的研究方向。”
华大研究院院长许逊表示，希望通过这个大科学项目和全球合作，共同推动人类终极问题的答案。“比如脑科学，为什么大脑可以进行高级认知活动？比如衰老，为什么人会衰老，但有些物种却能活得很久？还有像癌症之类的疾病。该联盟是科学界的自发组织。通过联盟，科学家们可以交流学习，共享数据，促进科学的发展。”
