陈薇院士：表征生物学解码复杂生命
生命体从生长、发育，到疾病、衰老、死亡，过程复杂而又多样，随着科技的发展，我们对这些生物学过程的理解已经达到了前所未有的深度和细节。然而，不同个体的生命过程存在着显著差异，这也给现代生物学研究带来了巨大挑战，即如何在解析复杂生物学过程的同时，准确而又简约地呈现每个个体的特性以及个体之间的共性。
近日，中国工程院院士、军事科学院军事医学研究院研究员陈薇在中国工程院院刊《中国工程科学》刊发《表征生物学》一文，针对上述挑战提出了“表征生物学”（Flag Biology）概念。
陈薇指出，表征生物学是将复杂的生物学过程通过多维度研究和精确解析，以简约概念和特征性方式量化呈现的学科。这个概念的核心在于对生物学数据的全息获取、深度挖掘、特征识别、提炼分类、编码定量和表征展示，旨在揭示生物体在分子、细胞、组织和个体等不同层次上的特征和规律。
跨学科融合是表征生物学的一大特征。它整合了生物学、医学、计算机科学和工程学等多个学科的知识和方法，形成了一个多学科交叉的研究范式。通过整合分子至个体层面的信息，构建了一个多维度的生物学理解框架。
表征生物学强调对个体生物学特性的客观描述和特征化分析，这有助于揭示个体间的生物学差异及其对健康状态的影响。
就表征生物学关注的内容而言，陈薇表示，在宏观层面，通过群体生物学特征的分析和多组学数据的挖掘，揭示生物学规律。在微观层面，利用以高分辨率、多模态成像以及冷冻电镜等为代表的可视化技术，描述生物系统的精确结构与动态过程。
此外，环境因素尤其是极端环境，是遗传之外决定生物表征的最重要因素，也是表征生物学的核心研究内容。要深入探究太空微重力、高原低氧、深海高压、极地极寒以及生物系统内环境等对生物体机能适应和分子调控的影响。
表征生物学的研究范式和“抓手”有哪些？陈薇从三方面做了例证。
一是感染性疾病防治。病原体感染和宿主免疫反应是一个复杂和动态的相互作用过程，表征生物学通过获取、高效处理和分析复杂的生物数据，有助于揭示病原体感染和宿主免疫反应的关键机制，系统地绘制机体感染免疫图谱，促进基于病原体免疫反应的创新治疗和预防策略的制定，推动传染病防治和公共健康目标的实现。
二是癌症诊断与治疗。传统的诊断方法难以全面、准确地捕捉肿瘤的分子和细胞特征。同时，针对单一靶点的治疗方案往往难以发挥疗效。表征生物学研究利用基因组学和蛋白质组学分析，确定关键突变基因，识别关键的致病分子及其功能。表征生物学在精准诊断、个性化治疗、治疗监测和预后评估，以及药物开发等方面有显著特征。
三是衰老机理与干预。我国已进入老龄化社会，增进健康、延长寿命、提高生活质量是每一个人的美好愿望。表征生物学可整合分散在分子、细胞、组织、个体等不同层面的衰老特征信息，鉴定新的衰老调控关键靶点，开发基于特征信息整合的精准衰老评估体系，在此基础上，积极开展衰老干预验证和创新研究。
陈薇总结，表征生物学研究向极综合交叉发力，将助力推动未来科技向极宏观领域拓展，向极微观领域深入，向极端条件迈进。
相关论文信息：
DOI：10.15302/J-SSCAE-2024.04.024