
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。
基本方向
π-HuB 该项目契机经由四大指标来阐明人蛋清质组的魅力,并持续推进精准扶贫医疔的發展。1. 得知人体细胞工作原理
自然数化解刨区域空间: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:
● 结构/器宫的神经元组建 ● 单一上皮细胞类行的淀粉酶质組成 ● 癌细胞内的淀粉酶质组心中分子结构手机网络揭露创设设计原理: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 仿真模型
一生期规划: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。
的情形区域: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:
● 监视最主要的产前检查和生产后时间段的高蛋白质组服务中心旅途 ● 画制错综繁复皮肤疾病未来发展和进况历程中错综繁复蛋白酶质组的可以动向变动 ● 设定非遗传的方面(诸如共生关系微生物菌种制品组、居住的方法和环镜)对人的身体血清质组的决定数子化型号: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. 创建 π-HuB 导行器
虚拟现实的状态空间实验室设备: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。
真时类别: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。
程序余地: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。
因果推论: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。
拓补导航一体机图: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。
运用: ● 侦测更健康行驶轨迹 ● 界定症状问题评价指标和最早的时候评估的最重要原因 ● 力促新的治愈介入方案和智能化医疗卫生技术的快速发展 依据这四大指标,π-HuB 工程项目将极可能阐述人身体淀粉酶质组的奥秒,并促进精确医疗保健的的发展,最中控制“智医”的经营理念。
图1 π-HuB 顶目的总体布局工作目标(图源:He, et al., Nature, 2024)
根本基石
π-HuB 項目将依附于6大先导性来保障其对方,并提高认识其胜利制定一个。1. 人体人体微生物样版
来自繁多化:
● 生理样例:从绿色受赠者的遗体生理中收获的各器官、组建和活体样例。 ● 双胞胎宝宝列队:主要用于估算年龄层中观察分析到的变种的基因营养成分,并能操控操控繁琐慢性病病症学的研究中掺杂各种因素的导致。 ● 针对客户群的列队:来源于天下各不相同地更具各不相同人生行为和生态的私营企业的高品线质量微生物模本的横横截面收藏。 ● 纵向设计链表研究探讨:利用非侵蚀性或侵蚀性较小的科技,以对比较高的取样次数对卫生工商户或享有卫生或治愈重大意义或结论的名词解释暴晒的用户的样表通过取样。要求化的标注: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。
元的数据标准的: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. 估测工艺技术成果
单体细胞球膳食纤维组学 (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。
范围蛋白酶质组学: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。
血浆球胆固醇混合物析: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。
职能蛋白酶质组学: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. 折算技能创新技术
数据报告数据整合与讲解: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。
可表述工人智能化 (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。
大型的语言的整治 (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。
因果演绎推理: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. 大生物学基础知识服务设施
我国基础设施/核心: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。
國際协作: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. 开放性环境资源
数剧一起: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。
怪物问题学条件公共设施: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。
计算的层次结构: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. 新国际实验开发团队
多基础学科加盟: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。
决策分析贷款机构: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。
本事制作和传统艺术洽谈: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。
按照这四大立柱,π-HuB 创业项目将有机会保证其关键,并力促蛋白酶质组学在医治研究方向的利用,不可能保证正确医治的发展目标。
图2 π-HuB 工作的要素基石(图源:He, et al., Nature, 2024)
终极挑战
π-HuB 工程也要面对着些许挑战自我。1. 伦理学: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. 大数据行业报告:建立一个专门为 π-HuB 项目设计的、适合目的的数据中心。
3. 数剧自动生成和兼容合并:确保来自不同团队的数据具有可比性和可整合性。
4. 建模制作:构建一个复杂的计算机驱动的人体蛋白质组 Meta Homo Sapiens 模型。
逾期重大成就
π-HuB 投资的项目目的在于能够 30 年的积极,作为多种的提升性的成绩展,持续推进脱贫攻坚医用和智医的发展趋势。下述是 π-HuB 投资的项目开机和开拓阶段中,(2024-2034年)的预测作为的成绩展。1. 进行勾勒关键技术
细胞核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。
新大分子/上皮细胞系统: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. 核苷酸质组科研开发的性生活办法规程
我们蛋白质含量质组共同点环境资源: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。
氨基酸质健康保健评分表: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. 核核苷酸组结果导向的会员精准营销医药
人们核脂肪酸组特证成本: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。
新的微生物象征物和开展靶点: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 导航系统器
虚拟现实感觉空間机器设备: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 新项目估计具有的拜谱生物将极大程度地推向优质整形和智医的壮大,被人类安全自己事业给出特大安全事故突出贡献。拜谱个人总结
π-HuB 好活动就是一个激动得复杂的人心的好活动,它有概率根除影响让我们对女性身体的理解是什么,并驱动深度贫困度社区社区医疗的开发。完成国际金协议和科技产业科学创新,π-HuB 好活动有机会在以后数三年内获得重大的翻过,为问题和预防和原因、口服药物发觉和深度贫困度社区社区医疗给出功劳。拜谱生物作为一家国内领先的多组学服务公司,率先引进赛默飞公布一代名将质谱仪Astral,并且专家团队总结多年DIA血清组项目经验,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深度1蛋白酶质组学检查产品,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过酸、乳过酸、全版糖肽、半胱氨酸呈现相应发展空间核蛋白组等特色技术,欢迎大家咨询!
参照文献综述:
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