DNA 测序先驱荣获 Millennium Technology Prize ( 即千禧年科技奖 )

  • 来自英国的Shankar Balasubramanian教授和David Klenerman教授凭借其革命性的DNA测序技术开发工作,共同获得Millennium Technology Prize
  • 他们的新一代测序(NGS)技术实现了DNA的超速读取。
  • 从帮助抗击新冠或癌症等致命疾病到更深入地了解作物疾病和提升食品生产力,这项技术为社会带来了巨大收益。
  • 作为大奖的赞助者,芬兰共和国总统Sauli Niinistö2021518日通过虚拟仪式进行了颁奖。

今日,剑桥大学的两位化学家Shankar BalasubramanianDavid Klenerman被揭晓为2020Millennium Technology Prize得主,该奖项由芬兰技术学院(TAF)评选,是全球最知名的科学和技术奖项之一。 

这一全球奖项自2004年以来每两年颁发一次,表彰对社会福祉有广泛影响的科学创新,奖金金额为100万欧元。  由于新冠全球疫情的影响,2020年获奖者的揭晓被推迟到了今天

Balasubramanian教授和Klenerman教授共同发明了Solexa-Illumina新一代DNA测序(NGS)技术,这项技术极大加深了我们对生命的基本理解,通过实现快速、准确、低成本和大规模的基因组测序(有机体构成的完整DNA序列的确定过程),将生物科学转变成了“大科学”。  他们随后共同创立了Solexa公司,让这项技术在全球具有更广泛的可用度。

这项技术已经给基因组学、医学和生物学带来了巨大的变革性影响,这一影响在今天仍在延续——  与第一代人类基因组测序技术相比,这项技术实现了速度与成本数百万倍的提升,这便是其影响巨大的印证。  2000年,单个人类基因组测序需要10多年的时间才能完成,且成本耗费会超过10亿美元。  如今,人类基因组测序只需要一天即可完成,成本仅需1000美元;得益于Balasubramanian教授和Klenerman教授共同发明的这项技术,每年完成测序的人类基因组超过一百万个。这意味着我们对疾病了解的深入程度和速度都得到了极大提升。

技术原理

NGS方法是将DNA样本进行片段化处理,变成芯片表面的许多固定的小片段,并进行局部放大。  随后每一个片段均利用由一种酶添加的荧光染色核苷酸在芯片上进行逐碱基解码。通过使用荧光探测器侦测芯片上每个位置插入的颜色编码核苷酸并重复这一过程数百次,就能够确定每个片段的DNA序列。

如此收集到的数据随后使用复杂的计算机软件进行分析,并根据所有片段的序列组合出完整的DNA序列。NGS方法能够对数十亿片段开展并行测序,因此这一技术十分快速、准确且节约成本。NGS的发明是了解所有生命有机体遗传编码的完全革命性的全新方法。

帮助全球抗击新冠

新一代测序提供了研究和识别新型冠状病毒毒株和其他病原体的有效方法。全球疫情爆发以来,该技术已用于追踪和探究全球社区越来越担心的新型冠状病毒的病毒变异。这项工作支持了目前全球正在使用的多种疫苗的开发,并且对于应付危险的新型毒株的疫苗开发有关键作用。这些成果还可以用于防范未来的全球疫情。

科学家和研究者还能够借助此技术来识别决定个体对新冠免疫反应的潜在因素。这一信息具备关键意义,有助于解释为何有些人对病毒的反应较其他人严重得多。这些研究结果非常宝贵,能够帮助我们了解如何将出现过激免疫反应的机率降至最低——根据目前的了解,正是过激免疫反应引发了某些新冠症状。

对更广泛的医疗保健和诊断领域带来的影响

NGS技术为全球生物学和生物医学研究带来了变革,并促成了一系列广泛的相关技术、应用和创新的发展。如今,NGS凭借其高效率广泛应用于医疗保健和诊断,其中包括癌症、罕见疾病、感染医学以及基于测序的无创产前检测。

该技术在定义罕见疾病患者的存在遗传风险的基因方面正在得到越来越多的应用,并且目前也被用于定义特定患者组中常见疾病新型治疗方法的新药靶标。在创建多种强大的新型生物疗法(如抗体和基因疗法)方面,NGS技术也做出了贡献。

在癌症领域,NGS正在成为定义个性化治疗方案的标准分析方法。该技术已经极大提升了我们对多种癌症遗传基础的基本认知,并且在今天频繁用于基于肿瘤和患者血液样本的早期检测和诊断的临床试验。 

给生物学带来的影响

除医学应用之外,NGS还实现了几乎任何样品中数千种有机体的清晰识别,给整个生物学领域带来了重大影响。目前,这对农业、生态和生物多样性研究有关键作用。

Millennium Technology Prize 评委会主席、学院教授Päivi Törmä说道:

NGS未来潜力巨大,而这项技术的发掘目前仍在起步阶段。通过推进个性化医疗、对致命疾病的了解和防治,并进而改善生活质量,这项技术将成为促进可持续发展的关键因素。Balasubramanian教授和Klenerman教授是当之无愧的获奖者。”

这是该奖项第一次授予同一创新的多位获奖人,这也凸显了合作的重要性。

芬兰技术学院主席Marja Makarow教授说道:

“合作是保障未来积极改变的关键因素。新一代测序可算作一个经典范例,印证了通过来自不同科学背景的个人间协作以及团队合作,人们能够解决问题并取得巨大成就。

Balasubramanian教授和Klenerman教授发明的技术,在冠状病毒序列的揭示工作中也起到了关键的支持作用,这促成了疫苗的开发并帮助识别新冠病毒的新变种,而疫苗开发本身也是一个国际合作的成功事例。

Shankar Balasubramanian教授和David Klenerman教授发表了如下联合声明:

“能够成为 Millennium Technology Prize 的第十任获奖者,我们感到十分欣喜和荣幸。  这是我们第一次获得表彰这项技术开发工作的国际奖项——但这一奖励并不仅仅属于我们,整个团队都在技术开发工作中起到了关键作用,并且有很多人在这一过程中为我们提供了启迪,这一奖励属于所有这些人。”

往届Millennium Technology Prize的九位获奖者中,有三位后来获得了诺贝尔奖。

明天(2021年5月19日),Balasubramanian教授和Klenerman教授将于16:30(EEST,东欧夏季时间)在Millennium Innovation Forum上发表Millennium Technology Prize获奖演讲,介绍他们的创新技术。您可以在这里观看演讲。

 

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编辑须知:

  1. 新一代测序的发展时间线:

1994年:Balasubramanian教授和Klenerman教授开始合作,探索新的DNA测序方法。  他们的方法是基于在表面上开展大量DNA分子的并行测序,藉此打造微型化高速基因测序仪。

1997年:早期计算显示,此方法可拓展,并可实现数天内在单一仪器上完成数十亿的DNA碱基测序,进而实现人类基因组的快速测序。

1998年:为了将创新商业化,Klenerman教授和Balasubramanian教授提交了几份关键专利申请,并共同成立了Solexa Ltd.。首个使用该技术测序的人类基因组在该年度发表。

2007年:该技术由Illumina, Inc.收购并进一步优化,以实现每次实验中的数万亿DNA碱基测序。该技术在基因组学、生物学和医学领域持续发挥变革性影响。

  1. 请点击这里观看2020 Millennium Technology Prize 获奖者视频,并在这里下载获奖者照片。
  1. Millennium Technology Prize 是奖金为一百万欧元的全球奖项,每两年颁发一次,旨在奖励改善人类生活质量和促进可持续发展的科技创新。获奖创新必须具备广泛的积极社会影响、商业可行性并改善人类福祉。Millennium Technology Prize 芬兰科技学院授予。 
  1. 历届 Millennium Technology Prize 得主包括:
  • Tim Berners-Lee爵士(2004年)——发明了万维网;
  • 中村修二教授(2006年)——成功制成首个蓝光LED(制成高亮白光LED的最后一步);
  • Robert Langer教授(2008年)——开拓了药物控制释放技术(药物在患者体内缓慢释放);
  • Michael Grätzel教授(2010年)——发明了让发电玻璃窗和低成本太阳能板成为现实的第三代染料敏化太阳能电池;
  • 共同获奖者(2012年)——凭借道德干细胞研究获奖的山中伸弥教授;以及Linux开源操作系统的发明者Linus Torvalds该开源系统已成为全球安卓智能手机、平板电脑、数字电视录像机以及超级电脑的基础;
  • Stuart Parkin教授(2014年)——开发了更高的数据存储密度,藉此实现磁盘驱动器存储容量数千倍的增加
  • Frances Arnold博士(2016年)——对定向进化技术做出了贡献;以及
  • Tuomo Suntola博士(2018年)——发明了原子层沉积(ALD),让微处理器和数字存储设备的纳米级薄材料层的制造成为现实,而这项技术促进了智能手机的变革。
  1. 媒体联络及采访请求:
    Alex JungwirthApollo Strategic Communications
    alex.jungwirth@apollostrategiccomms.com
    +44 (0) 795 895 5795

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