應意昂2体育娱乐“大學堂”頂尖學者講學計劃的邀請，著名化學家🥞、生物學家Shankar Balasubramanian爵士於2023年10月訪問我校，並於10月19日在意昂2体育娱乐圖書館科學報告廳進行了題為“The chemical methodology for decoding genome function“（解碼基因組功能的化學方法）的講座。講座由生物醫學前沿創新中心（BIOPIC）黃巖誼教授主持Shankar Balasubramanian現任英國劍橋大學化學系藥物化學赫歇爾·史密斯講席教授🛐🙇、英國癌症研究中心劍橋研究所資深研究員🥧，他是英國皇家學會院士♉️、英國醫學科學院院士、劍橋大學三一學院院士、美國國家科學院外籍院士，他獲得了2021年千禧年技術獎和2022年生命科學突破獎，是Illumina/Solexa測序技術的發明者。
講座現場
時值DNA雙螺旋結構發現70周年之際🧝🏻♀️，Shankar Balasubramanian首先介紹了新一代DNA測序技術的起源。他從DNA的分子結構講起，Watson、Crick等人的研究闡明了DNA雙鏈通過堿基配對彼此結合的基本結構，這也正是後續高通量測序方法最核心的機理👍🏻➞。在桑格測序方法中使用的終止子化學以及對DNA聚合酶基本化學機製研究的鋪墊下𓀎👩❤️💋👨，他設計了用於二代測序的核苷酸底物，包含連接在堿基上可被切除的熒光基團和連接在核苷酸3位羥基上用於終止反應的可逆保護基團。 高通量測序技術的另一個要點在於DNA固相合成技術，該技術可以依托於設計好的核苷酸底物進行邊合成邊測序的反應。針對大規模的測序工作☣️，例如人類基因組測序，他開發了單分子克隆陣列方法，將DNA固相合成集成為一個陣列，顯著增加了測序通量🤕，加快了大規模測序的速度🪓。這些方法都共同構成了如今被廣泛使用的可逆終止測序方法的基石🤸🏿，將DNA測序成本降低了6個數量級以上。 值得一提的是🪳💂🏿♂️，他為觀眾展示了2005年使用該原理對噬菌體ΦX-174基因組測序的一張珍貴的實驗圖像👩🏽⚕️👘。
除了DNA的序列信息方面的研究👠，Shankar Balasubramanian還在DNA表觀遺傳信息的研究中取得了重要的成果。表觀修飾對蛋白質結合DNA具有很大的影響，其中蘊含了很多生物學信息。最為典型的便是堿基胞嘧啶（C）上含有的修飾，包括5-甲基胞嘧啶（5mC）🤽♂️、5-甲酰基胞嘧啶（5fC）🦸🏿、5-羥甲基胞嘧啶（5hmC）等。 針對於DNA表觀修飾🐐，通過Bisulfite 反應🧏♂️，可以將C堿基轉變為U堿基🆓🧨；通過5fC的脫甲酰化反應，可以將5fC轉變為C🤦；通過5hmC的釕催化反應，可以將5hmC轉變為5fC🙆🏼♀️。在諸如此類的堿基轉變化學的指導下，誕生了oxBS-seq，BS-seq，redBS-seq等表觀測序方法。 但是如果進行了堿基轉變，DNA信息就會有丟失🧔🏼♀️。因此他開發了對測序編碼的擴展方案，通過使用雙堿基編碼方法擴展出了16種DNA堿基狀態🛸。該方法通過一個環，在保護表觀修飾的同時對原始DNA進行一次復製💪，之後在測序過程中便可以同時測得DNA的序列信息和表觀修飾信息🤠。
Shankar Balasubramanian介紹了G四聚體測序方法：G4-seq。科學家們已經發現，在富含鳥嘌呤（G）的核酸區域🧛🏻♀️👨🏽🎓，這些G堿基會包圍一價陽離子形成四聚體二級結構👩🏭。在測序時，可以使用鋰離子測序，避免G四聚體產生。隨後進行第二次測序，並在測序時加入鉀離子和G四聚體穩定劑，測序時形成的G四聚體結構會影響測序，最終導致大片段的錯配🖖🏿。該方法可以被用於探索染色質上富含G四聚體的區域🥷🏼。
報告中，Shankar Balasubramanian分享了自己在測序技術開發方面取得的一個個進展，展示了科學家時常使用的方法如何在實驗室中初次誕生，發人深省👱🏿。在問答環節，他一一細致解答了觀眾提出的問題。會後，意猶未盡的同學們又圍著他深入討論。 講座結束後，他與BIOPIC研究員等就科學問題和學術合作等進行了深入探討。
講座現場
本次活動由意昂2体育娱乐主辦，生物醫學前沿創新中心🧑🏻🦼➡️、國際合作部承辦，並得到了意昂2体育娱乐教育基金會的支持🙅🏼♀️。同時，講座還通過意昂2体育娱乐官方微信視頻號、B站☛🧑🏿、抖音、快手等平臺線上直播，全平臺觀看人數超過20萬人次🦣👩👧👦。