仅用6天完成实验部分，看科学家们如何高效开展“大科学”项目

2021年2月，中国科学院脑科学与智能技术卓越创新中心（神经科学研究所）学术主任蒲慕明院士带队来访华大，与华大集团董事长、联合创始人汪建、华大生命科学研究院院长徐讯等进行会议讨论。会上，双方高效达成合作，确定以华大时空组学技术Stereo-seq为支撑，共同推动大脑图谱的研究。

2023年7月，合作的首期成果——迄今最完整的灵长类脑细胞图谱研究成果发表于国际顶级学术期刊《细胞》（Cell）。目前，华大时空组学技术Stereo-seq已成功应用于胚胎发育、脑科学、器官再生、疾病等研究领域，助力系列研究项目取得重要成果，包括全球首个脑再生时空图谱、小鼠胚胎发育时空图谱等。

今天我们邀请本次猕猴脑细胞图谱研究的部分主创作者，为大家讲述背后的故事，一起来看看吧！

问

据悉，本次研究团队由国内外100多位研究人员组成。请问研究开展的过程中遇到了哪些难题？团队是如何应对的？

陈奥（文章共同第一作者，华大生命科学研究院时空组学领域首席科学家、研究员）：本次研究项目当中，我们遇到的第一个挑战是技术的异地部署。2020年项目刚开始的时候，我们带着忐忑的心情来到上海，当时还不清楚这项新技术能否在一个全新的环境下实现稳定可靠的数据产出。但经过一周时间的培训和测试之后，我们得到了一个非常完美的测试结果，这也意味着时空组学技术Stereo-seq首次走出了华大的实验室，在深圳以外的地方顺利完成了部署。

第二个难点是，猕猴脑细胞图谱绘制的工作量非常庞大，这对华大和合作伙伴来说都是一个全新的考验。那么我们通过“大科学”范式的团队合作，以精细化、工程化的管理，在非常高效、紧密的配合下，绘制了猕猴脑细胞分布图谱。比如，在脑图谱的实验部分，当时华大和中国科学院脑智卓越中心的近40位研究人员一起在实验室里，以15分钟为刻度规划时间，最后仅用6天时间就把实验部分制作完成了。我们也非常希望未来能将这种大科学工程范式的经验复制到更多合作项目当中。

问

本研究产生了高达300Tb的数据量，是迄今脑空间组学研究领域产出的最大数据量。面对算法上的挑战，团队做了什么样的努力？

黎宇翔（文章共同通讯作者，华大生命科学研究院生物信息领域首席科学家、研究员）：这项研究在细胞数、精度、数据量上都是业界领先的，这也表示在算法和数据分析上我们面临着很大的挑战。第一次项目论证的时候，我们根据项目设计初步测算了整体实验和分析的时间，算出来的结果大家都比较震惊，因为计算耗费的时间可能要长达一年多。

为此，我们急忙召集了做算法的同事，进行连续几天几夜的讨论，重新梳理了整体架构，在数据格式、测序标签、数据整合等多个方面都做了调整和改进，解决了大规模并行处理的问题。在调整之后，我们将原来可能要一个多月才能完成的一张芯片的分析，提速到一天就能做完。最后在做压力测试和最终实验的时候，我们仅仅用了2-3个星期就完成了数据分析，这些都是当时团队快速响应和配合，做了很大优化之后取得的成果。

问

本次研究绘制的灵长类脑细胞图谱，对脑科学领域的发展具有什么意义？

雷莹（文章共同第一作者，华大生命科学研究院主任科学家、副研究员）：基于华大自主研发的时空组学技术Stereo-seq和单细胞高通量技术，研究团队产出了首个最全面的灵长类大脑皮层的细胞类型图谱。

该图谱为之后我们对于灵长类大脑的功能解析，以及与之相关的疾病靶点的研究，还有在进化中与其他物种的对比都有非常深远的意义。我们也希望之后有更多的国内外其他的研究团队，可以利用这个图谱在脑科学和神经科学界的研究往前更进一步。

问

2022年5月，华大与全球多家机构共同成立国际科学组织——时空组学联盟（STOC）。过去一年时间里联盟主要取得了哪些进展？未来期待在哪些方面取得更多突破？

刘龙奇（文章共同通讯作者，华大生命科学研究院单细胞组学领域首席科学家、研究员）：时空组学联盟自成立以来，吸引了来自35个国家和地区的超过270位科学家加入。在助力科研方面，联盟对器官再生、胚胎发育、脑科学、疾病等多个领域开展相关研究，取得了一系列具有国际影响力的重要成果，包括本次研究发布的目前全球最完整的非人灵长类脑图谱成果。

此外，在联盟的组织上我们也做了很多努力，比如成立了时空组学联盟的组织委员会。这个委员会由领域内具有重要影响力的全球多国科学家共同组成，对联盟的组织发展、研究方向等一些重大决策起到非常关键的作用。未来，联盟主要的研究方向包括人类关键器官的空间多组学细胞图谱、胚胎发育的基本问题、人类疾病的诊断与治疗、器官高级功能的演化等，希望将时空组学技术更好地应用于不同领域，助力科研发现。

问

华大在前沿科技上不断实现新的突破，其背后的支撑是什么？

徐讯（文章共同通讯作者，华大生命科学研究院院长、研究员）：多年来，华大一直秉持着一个大目标——“基因科技造福人类”。为了实现这个目标，我们必须更好地理解人类的疾病、人类生命的过程等重要科学问题。在探索这些问题的过程中，我们发现，单细胞技术和时空组学技术，尤其是高精度的时空组学技术，对于认知生命和疾病有非常重要的价值。同时，为了实现这个目标，我们组建了一个多学科的攻关团队，并且鼓励年轻人大胆发挥创意，支持他们用新的想法推动技术变革。

正是在大目标的引领下，在多学科团队的支撑下和青年才俊的创意推动下，我们才能在前沿技术上持续突破。

---

推荐阅读：

让我知道你“在看”