
2024年12月11日,Nature发表了一篇由国家蛋白质科学中心贺福初院士和苏黎世联邦理工学院Ruedi Aebersold教授联合近百名国际科学家发表的题为“π-HuB: the proteomic navigator of the human body”的观点文献。本文介绍了π-HuB项目,旨在通过生成和利用多模态蛋白质组数据来增强对人类生物学的理解,并推动精准医疗和智医的发展的“大科学”项目。
关键阶段目标
π-HuB 建设项目此次借助三个大方向来揭露人体细胞蛋清质组的奥密,并驱动优质整形的趋势。1. 发掘人体本身机制
自然数化剖析发展空间:利用单细胞和空间蛋白质组学等技术,将人体分解成一系列数字蛋白质组解剖空间,包括:
● 阻止/人体系统的组织构成 ● 单独某个神经元类行的淀粉酶质分解成 ● 细胞核内的蛋清质组重心分子式网洛蕴含建立方法:通过整合多模态数据融合/整合技术,特别是深度学习和基础模型的快速发展,将高分辨率、基于解剖的蛋白质组数据转化为解码细胞/组织/器官的分子/细胞构建原理的绝佳机会,并揭示生物过程的关键分子/细胞机制,即从蛋白质网络到表型的因果关系。
2. 开发管理 Meta Homo Sapiens 三维模型
活力生长期行为:深入研究个体一生中人类蛋白质组的动态变化,探索人类蛋白质组如何适应影响健康结果的各种因素。
睡眠状态面积:将整个人体状态空间转换为多个子空间,并通过各种维度进一步分解,例如:
● 侦测主要产前检查和产妇在产后第一阶段的蛋白酶质组中间痕迹 ● 编写非常较为复杂病症不断发展和发展全过程中非常较为复杂蛋白酶质组的横纵向动态化影响 ● 判别非遗传性要素(举个例子总共生下了微动物组、生活的的方法和生态)对我们身体营养物质质组的影晌小数化三维模型:将状态上下文蛋白质组数据与其他人类组学数据整合,并投射到一个名为 Meta Homo Sapiens 的数字化模型中。该模型将使用三维解剖层次结构记录每个级别器官、组织、体液和细胞的数字特征,并包含时间序列帧,每个帧包含在单位时间内测量和增强的蛋白质组数据,以代表人体在特定时间戳的状态。
3. 营造 π-HuB 导航导航器
虚拟的状态下室内空间检测仪器:将生理表型与蛋白质组导向的时空生化/生物物理信息相结合,创建一个虚拟状态空间仪器。
真正三维模型:将原型 Meta Homo Sapiens 模型从初始身体条件转移到不同的次级状态,以获得真实模型。
动态环境空间:通过模拟每个模型的身体动力学来创建一个涵盖人体所有关键状态的状态空间,并解决基于非侵入性蛋白质组快照和纵向蛋白质组测量的结果预测问题。
因果判定:使用因果推断来识别导致相邻关键状态之间转换的潜在触发因素。
拓扑关系导航导航图:将每个状态空间视为拓扑导航图,其中每个节点是定义相应生物标志物的关键状态,两个节点之间的边记录了从一种状态转换为另一种状态的触发因素。
操作: ● 探测更健康路径 ● 表述疾病症状风险分析开展和中期诊断报告的为重要客观因素 ● 促使新的进行治疗纠正办法和自动化医疗卫生做法的发展方向 推动这五大学习目标,π-HuB 顶目将还有机会具体分析人体健康淀粉酶质组的大自然的奥秘,并助推精细治疗的发展进步,从而推动“智医”的企业愿景。
图1 π-HuB 品牌的总体布局目标值(图源:He, et al., Nature, 2024)
主要基石
π-HuB 业务将依附于五种基石来支柱其对象,并保持其取得胜利推行。1. 女性身体生态学样表
的来源复杂化化:
● 剖解样版:从绿色健康爱心捐赠者的死尸剖解中拥有的器脏、组织机构和活体样版。 ● 龙凤胎链表:于来计算消费者中关注到的进化的遗传性组分,并有助于、管控简化急病原因学研发中相互决定的因素的决定。 ● 源于患者的序列:来源市场不相同东南部具备有不相同衣食住行措施和区域的整体的高高品质的量生物体子样本的横段面分类整理。 ● 横向联系链表分析:使用非浸入性或浸入性较小的方法,以对于较高的监测頻率对稳定个体户或还具有稳定或治疗方法实际意义或然而的概念泄露的女性的样品实行监测。基准化的注解:所有样本都需要进行良好的、一致的注释,包括临床和人口统计学信息,例如问卷调查、物理测量、生化测试、医学影像数据、与疾病易感性相关的遗传变异记录以及可穿戴设备记录等。
元统计数据准则:使用通用的元数据标准进行注释,以确保数据可访问性、互操作性和基于人工智能的数据整合。
2. 衡量技术性研发
单组织淀粉酶质组学 (SCP):通过加速和基准测试基于质谱的技术如nanoPOTS、SCoPE-MS和scPiMS,以及开发完全集成/自动化的纳克级样品制备和单分子蛋白质测序技术,以提升分析通量。
空間脂肪酸质组学:利用深度视觉蛋白质组学技术或其衍生技术进行分析,并开发基于人工智能的组织成像导航技术,实现高通量和像素格式采样,同时整合多模态数据。
血浆蛋清质混合物析:应用基于质谱或亲和力的技术进行血浆蛋白质组分析,以同时分析数千个蛋白质在数千个血浆样本中的高通量。
功用脂肪酸质组学:开发和应用稳健的技术,以生成指示蛋白质组功能状态的多维蛋白质组数据,例如翻译后修饰、结构状态、定位和相互作用。
3. 求算技术工艺信息化
统计资料整合资源与深入分析:开发数据驱动的建模方法,例如自动机器学习 (autoML),以近似许多虚拟和现实世界系统。
可解答人工处理智慧 (XAI):开发 XAI 方法,以提供蛋白质组分析结果的清晰和可理解的解释,并验证人工智能驱动的假设。
大一些的语种整治 (LLM):建立先进的 LLM,以理解并生成蛋白质组学领域的特定语言,并分析大量生物医学文本。
因果逻辑推理:使用因果推理方法来识别导致相邻关键状态之间转换的潜在触发因素。
4. 大科学研究条件设备
地方建筑设施/服务中心:建立国家设施/中心,用于收集和处理多层蛋白质组数据,并具备高吞吐量和高性能计算能力。
展览企业合作:与世界各地的现有基础设施合作,例如荷兰蛋白质组学中心和澳大利亚的 ProCan。
5. 建成資源
数据显示手机共享:将 π-HuB 产生的(非敏感)原始数据通过实施可查找、可访问、可互操作和可重用 (FAIR) 数据原则的数据门户网站直接提供给国际科学界。
动物内容学基础上措施:开发将蛋白质组学图谱整合到 UniProt 中的生物信息学基础设施,以便向整个生命科学界提供信息。
计算公式眼镜框架:开发一个基于 π-HuB 分子和空间数据的网络版 Meta Homo Sapiens 计算框架,以便临床医生和患者可以免费查询医疗干预策略。
6. 世界研究分析精英团队
多化学学科战略合作:由研究人员、软件工程师、临床医生、病理学家、项目经理、管理人员、财务人员、律师、商业实体等组成的国际研究团队。
管理决策企业:由执行委员会和顾问委员会领导,并遵循明确的治理和问责制指南。
意识建成和人文精神聊天:通过奖学金/研究员计划促进国际研究人员之间的思想交流和研究成果交流,并吸引更多年轻科学家参与该项目。
能够这四大要素,π-HuB 大型项目将力争实行其指标,并驱动营养物质质组学在临床医学范围的用,终极实行精确医疗卫生的公司愿景。
图2 π-HuB 顶目的关键点支撑体系(图源:He, et al., Nature, 2024)
挑战模式
π-HuB 该项目也面对着某些击败。1. 论理:建立一个共同的、灵活的、普遍接受的框架,以应对伦理和监管方面的挑战。
2. 大统计数据:建立一个专门为 π-HuB 项目设计的、适合目的的数据中心。
3. 统计资料产生和融合:确保来自不同团队的数据具有可比性和可整合性。
4. 绘制:构建一个复杂的计算机驱动的人体蛋白质组 Meta Homo Sapiens 模型。
期望值收获
π-HuB 工程流程指在借助 30 年的奋发努力,有一连串的进阶性的成效,促进推动正确医治和智医的发展方向。这是 π-HuB 工程流程启动的和开发设计周期(2024-2033-5年)的预期目标有的成效。1. 策划 建设方案的工作原理
神经元类型、详解的淀粉酶质组图谱:建立包含所有主要器官和组织的细胞类型解析的蛋白质组图谱,揭示不同细胞类型的蛋白质表达、亚细胞定位、翻译后修饰和相互作用。
新原子/神经元逻辑:发现新的分子/细胞机制,解释不同细胞类型和组织功能的多样性。
2. 淀粉酶质组主导的家庭生活模式要点
科学家核蛋白质含量组表现教育资源:建立一个包含人类蛋白质组特征资源的数据集,包括与不同生活方式相关的蛋白质组特征。
核氨基酸绿色健康评分标准:开发一个基于神经网络或大型语言模型的蛋白质健康评分系统,为个人提供个性化的健康指导。
3. 氨基酸质组引领的准确医学
人类历史球氨基酸组特点的资源:建立一个包含人类蛋白质组特征资源的数据集,包括与主要疾病相关的蛋白质组特征。
新的生物制品标志图案物和手术治疗靶点:发现新的蛋白质组生物标志物和治疗靶点,用于疾病的早期诊断和精准治疗。
4. π-HuB 导航仪器
虚拟现实心态环境医疗仪器:开发一个虚拟状态空间仪器,用于追踪人体健康轨迹、预测疾病风险和制定精准治疗方案。
智医:实现“智医”的愿景,通过人工智能技术为个人提供个性化的健康管理方案。
π-HuB 产品期望选取的科研成果将很大地深入推进深度贫困医疗卫生和智医的未来发展,为人处事类身体人事做好根本性业绩。拜谱个人总结
π-HuB 活动是个激动不已大学生消费群体的内心所想表达的活动,它有或许根除优化自己对我们身体的能够理解,并促进精淮医治的发展方向。按照知名合作的和高新科技去创新,π-HuB 活动即将在未来发展更多的年内拿到重大事件超出,为患病怎样预防和评估、药物治疗出现和精淮医治修出奉献。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司,率先引进赛默飞最新头条一带质谱仪Astral,并且专家团队总结多年DIA蛋白质组项目经验,结合Astral质谱仪高稳定性、高灵敏度、高通量、高深度的特性对样品制备、分离技术、算法软件、实验设计全流程进行多维迭代更新,助力公司的DIA蛋白组产品全线升级,推出了DIA-Ultra深层蛋白酶质组学测试产品,达到万级蛋白深度检测(最高可超越12k),在此基础上也开展了磷硝化作用、乳硝化作用、全面糖肽、半胱氨酸体现各种位置球蛋白组等特色技术,欢迎大家咨询!
考生资料:
He F, Aebersold R, Baker MS, Bian X, Bo X, Chan DW, Chang C, Chen L, Chen X, Chen YJ, Cheng H, Collins BC, Corrales F, Cox J, E W, Van Eyk JE, Fan J, Faridi P, Figeys D, Gao GF, Gao W, Gao ZH, Goda K, Goh WWB, Gu D, Guo C, Guo T, He Y, Heck AJR, Hermjakob H, Hunter T, Iyer NG, Jiang Y, Jimenez CR, Joshi L, Kelleher NL, Li M, Li Y, Lin Q, Liu CH, Liu F, Liu GH, Liu Y, Liu Z, Low TY, Lu B, Mann M, Meng A, Moritz RL, Nice E, Ning G, Omenn GS, Overall CM, Palmisano G, Peng Y, Pineau C, Poon TCW, Purcell AW, Qiao J, Reddel RR, Robinson PJ, Roncada P, Sander C, Sha J, Song E, Srivastava S, Sun A, Sze SK, Tang C, Tang L, Tian R, Vizcaíno JA, Wang C, Wang C, Wang X, Wang X, Wang Y, Weiss T, Wilhelm M, Winkler R, Wollscheid B, Wong L, Xie L, Xie W, Xu T, Xu T, Yan L, Yang J, Yang X, Yates J, Yun T, Zhai Q, Zhang B, Zhang H, Zhang L, Zhang L, Zhang P, Zhang Y, Zheng YZ, Zhong Q, Zhu Y; π-HuB Consortium. π-HuB: the proteomic navigator of the human body. Nature. 2024 Dec;636(8042):322-331. doi: 10.1038/s41586-024-08280-5