生命时代：汪建的生物经济研究成果

人类进入的不仅仅是生物经济时代，我认为应该叫“生命时代”。

生命时代是完全从为了人类生存、发展的历史阶段脱胎而出的，变成一个以生命的健康、价值、意义作为未来主要发展方向的时代。

从原始社会、农耕文化、工业时代到信息时代，这样一个以万年计的历史发展过程，人类都是为了更好地生存，生老病死被看成是自然规律。但是当物质比较富足的时候，对生老病死的看法和掌控，就提高到一个前所未有的历史阶段了。

生命的价值首先是解决生老病死。在此之后就是让人在精神上有更多的满足，也就是所谓的幸福感。再往深层次讲，幸福感以后，我们就要再想一想：生命的传承价值是什么？我们能不能对这个社会和时代有更多的贡献？

生命时代可以分成三个层面：肉体层面、精神层面、时空层面。三个层面都能做好，生命时代就能体现出它更大的意义。

第一个层面是在物质基本满足的情况下，要解决生老病死的问题，要尽可能地做到天下无残、天下无病，尽可能地延缓衰老过程。在过去物质匮乏的时候，我们的基因都要为抵御饥饿、寒冷做准备。工业时代，人类的生存宗旨就是让大家生活得更加舒适，能不能让大家活得更健康、死得更滞后，死得更少痛苦？当然，还有很多跟死亡相关的衰老的过程，我们还不太清楚。

我们的社会、研究实践、将来办医院的实践，都要弄清楚人类疾病的病因和因果关系，最终实现以预防为主的模式。比如，传染病是外来基因对人体的入侵，通过测序可以非常清晰地知道外来物质是什么。再如，孩子还没生出来，就有各种各样的疾病，生长发育过程中基因起到根本的作用，测序能够回答绝大多数问题。又如，大家最恐惧的肿瘤。基因不变，哪来的肿瘤？所以可以以预防为主，来实现对这些疾病的防控，以避免或减少在后期做太多的努力。这是对生活方式和整个医疗方式有重大改变的历史性挑战。

第二个层面是精神上的幸福感，要做到美丽、幸福，这与更大的社会层面相关，比生命的单纯生老病死要复杂得多。幸福感、意识和智慧的不同性从哪来？这是一个脑科学的问题。所以我们聚焦在两个方向，一个是脑科学研究，一个是衰老研究。这两个方向目前的因果关系还不太清楚，也是未来最大的两个挑战。这两个如果能做好的话，就能在很大程度上解决人们精神层面上的问题。如果脑科学不解决，所谓的幸福，所谓的延缓衰老，所谓的持久美丽，都只是从心理学、统计学意义上回答，而不是从根本上来回答这个问题。

第三个层面是时空影响力。一个人在自己幸福生活、健康长寿以外，能够给社会做什么贡献？给时代做什么贡献？给未来做什么贡献？基于前面幸福生活、健康长寿两个大前提，后面这个问题就好解决了，当然挑战性也就更大。作为个体，生命价值在于充分地享受生命的美好、体验整个人生的过程。但是从整个大的社会结构来说，你对社会的贡献是什么？对历史的贡献是什么？现在不仅仅要解决好中国社会发展的问题，也要按照习近平总书记提出来的那样，共同构建人类命运共同体、人类卫生健康共同体。生命的最高层次的意义就是要回答三个问题——你能给社会做什么？你能够给时代做什么？你能够给后代做什么？

这就是我关于“生命时代”的思考。这中间有一个永远不变的字就是“共”，就是让所有人都共享这个时代带来的福祉，让每一个人、每一个家庭都能够实现出生缺陷防控、传染病防控、健康长寿。我也相信，随着脑科学和抗衰老的进展，我们在意识上、在精神层面上、在幸福层面上，会有更多可干预的内容。

“更重要的是2020年以来时空组学的发展”

人类基因组图谱绘制以来的20多年，我们的体会是什么？最大的体会，就是随着技术进步、工具突破，我们在原始数据的积累过程中，实现了G（10的9次方）T（10的12次方）P（10的15次方）的突破。这种科学装置上的突破，必然推动IT技术的革命。从算力到算法，到存储，都要更快，通量更高、成本更低、耗电更少、保存可靠度更高，这就是大人群组学和时空组学带来的必然结果。

我们如果把20世纪作为一个阶段的话，过去几百年来积累的科学技术和认知，现在基本中等以上发展的国家都能够接受，我就姑且把它叫红海了。21世纪初，这20年来的大人群的大数据基因组学研究，它还是个蓝海，只有几个最发达的国家，和像华大基因这样的机构能做，所以它还是一个蓝海。我们希望这个蓝海能够解决一些遗传病的问题，能解决肿瘤早期发展的问题，也能解决传染病的问题。

更重要的是2020年以来时空组学的发展。时空组学这个名字是华大基因提出来的，是在时间和空间上进行基因组、表达谱、多组学的研究。这是一个深蓝色的海洋，是一块完全未被探索的新领域。这是千载难逢的机会，我们要努力把这一块做好，保证在这个新时代、新格局、新阶段产生新的成果，形成全面引领性的发展。从红海到蓝海到深蓝到深海，这个过程中我们完全可以做出一种全新的发展模式。

回到我讲的生命科学和物质科学的异同点，那就是从科学家积累性导向的发展模式，到了以大科学工程、大科学装置、大数据计算为导向，以国家力量作为支撑的新发展模式。物理学是如此，生命科学也正在走向这条路。我们希望有更多人来共同支持中国生命科学，特别是组学和时空组学，把对生命科学、生老病死、万物生长、生命起源、意识和衰老等的认知推向一个全新的领域。

“它们的后面都有一个巨大的支持力量，就是国家的力量”

组学是一个很有争议的领域，也是一个很有意义、很有发展前景的领域。我们如果做一个时空上的比较，也许更容易理解一些。20世纪中期，第二次世界大战后有三个因素促进了社会快速发展，其中一个是大科学装置，为我们对无穷小、无穷大的认知，对人类的认识带来了巨大的进步。这些大科学装置的后面都有一个重大支撑力量，就是计算。从最早的普通计算到超级计算，再到现在的智能计算，使我们对人类的认知、对自然的认知有了根本性的、前所未有的进步。

这里面有一件事值得关注，就是这些大科学装置后面都还有一个巨大的支持力量，就是国家的力量。这些大科学工程项目都以国家的形式来支撑，无论是登月计划、航天计划，还是对撞机计划，都离不开国家的意志和力量。这是物理科学也是物质学在过去60年里最重大的变化。

生命科学大概比物质科学的研究和实践要晚了三五十年。从1953年DNA双螺旋结构发现，到20世纪90年代人类基因组计划启动，人类终于有可能从生命的最基本结构上去认知生老病死和万物生长，认识生命起源。

拿人的情况来说，它最早是从一个受精卵开始，30亿个碱基对，父母亲一人一半，这是一个10的9次方的数据量，然后变成一个10的13次方个细胞的人。这种巨大的数据量，如果没有组学的方式去进行系统研究，仅仅依赖过去的分子生物学和还原论的模式，是解决不了问题的。所以在认识论上，一定要按照生命的中心法则，从根上、从基因开始去认识生命。这个就是人类基因组计划启动的根本原因。

当21世纪初宣布人类基因组计划完成的时候，就发现一个人的基因组远远不能代表人类整体，每一个人都是独立的个体，没有一个唯一共性的东西，每一个生命体都有它的特征，所以就牵涉大人群、大数据研究。

就拿现在引起广泛关注的罕见病来讲，一个医院的医生这一辈子可能就看过一次两次，但是在百万人、千万人、1亿人这样的大人群中，罕见病就不罕见了。所以只有通过组学去做研究，从一个基因组变成一个表达谱，还有蛋白质组、代谢组，如果没有多组学的研究过程，仅仅从基因上研究，并不能解释所有的生命问题，所以就牵涉了多组学问题。

“一场一场的革命推动了生命科学的发展”

基因组也好，蛋白质组也好，其他组学也好，往往要产生海量的数据。当数据大量产出的时候，IT怎么支撑BT的发展？BT与IT必须是融合发展，要有全新的算法、算力、存储模式，既要有生物学的思路，也要有量子学的思路，用量子计算能够提高多少倍性能？用生物学模式能够快速解决多少问题？这些都有待研究。DNA存储也是这样的。这就是为什么我们要成立量子研究小组，为什么要用生物计算模式。

文艺复兴时期的人体解剖，让人们知道了血液循环是什么、呼吸系统是什么，那是对生命认知的第一场革命。紧接着人类又发明了显微镜，18世纪、19世纪发现了微生物对人体的感染，细胞学诞生，进化论诞生，一场一场的革命推动了生命科学的发展，人类最后认识到基因是决定生命的根本因素。

在20世纪70年代，测序问题得到解决，终于可以对一个人的基因组图谱进行分析，在纳米尺度上，对生命起源的根本问题进行全面的观察和分析。

我觉得，基因组科学的革命一定是生命科学史上最伟大的革命之一，可能是更有影响力的一场革命。从人体解剖，到显微镜，到对生老病死的真正解读，每上一个台阶，就会带来更广阔的认知和突破。

真正推动生命科学的革命性进步，如果手里没有掌握真正的工具和技术是不太可能实现的。

华大从20世纪八九十年代开始做的是K量级的数据，也就是10的3次方。从单个的碱基到单个的基因，从平板测序到毛细管测序，数量已经到了M量级，也就是10的6次方，我叫作KM变化。华大基因有幸经历了这个过程，当年我们在人类基因组计划中承担百分之一的任务，我们在M量级的时候加入人类基因组计划，一台机器一天能做10的6次方的数据，那时候觉得是一件了不起的事情。

后来有了新的技术突破。2007年，新的测序技术一台机器一天能完成10的9次方也就是G级别的数据。我们抓住了历史机遇，快速往前推进，但是同时也意识到在仪器设备、试剂耗材上我们都受制于人，要真正推动生命科学的革命性进步，如果手里没有掌握真正的工具和技术是不太可能的。所以我们通过并购的模式，通过消化吸收，实现了完全自主创新，生产了能一天产出T（10的12次方）级别数据的高通量测序仪器。在过去几年里，我们在高端测序仪器上不仅保持了与国际同步，而且在某些领域实现了跨越发展。所以，华大作为一个民营机构，连续四五年被英国《自然》杂志评为中国十大科研机构。

非常幸运的是，我们的技术可以平行转移到对单细胞进行原位的基因组、基因表达谱和表型的分析，所谓的单细胞组学和时空组学应运而生，达到P级别的数据量，也就是10的15次方。整个华大已经完成了从KM迈向GT的过程，现在正迈向GTP量级的过程。(www.xing528.com)

做脑科学研究，往往会产生几十个P的数据量，计算量和原始数据存储量要10倍以上、100倍以上，那就叫作E，是10的18次方的计算量。随着华大时空组学的快速推进，我们很可能在未来一两年之中实现E到Z（10的21次方）的数据量，我们把未来的发展叫作EZY量级，计算量突破10的18次方、21次方、24次方。

做时空组学，数据轻而易举就会达到EZY量级。一个受精卵怎么变成一个人？从生到死，整个时间和空间的变化过程，每一个细胞是怎么变的？为什么各种各样的遗传病在后面才发生？为什么出现肿瘤？这都是生命的时空变化过程。从时空的角度、在高分辨率上去看每一个细胞的变化，又会带出一个前所未有的海量数据，每个细胞的基因组，和它的表达谱，以及蛋白质和代谢的过程，是一个巨大的数据。

现在大家都熟知的无创产前检测，就是取孕妇静脉血，通过高通量测序的方法在“百万军中”发现“唐娃娃”这样的染色体疾病的“蛛丝马迹”。无论是10的9次方、18次方，还是21次方、24次方，这些大数据要反映的都是生命过程，是必须达到的数据量。没有这个大数据，你根本就不知道生命的变化是什么。所以在10的二十几次方的数据量面前，如果没有一个大人群，百万、千万、亿人口的大数据的统计支撑，根本就不知道哪些是共性的东西，哪些是个性的东西。所以，我反复强调高通量，因为高通量才能得到大数据，才能得到低成本。

“如果能给我们两个‘助力’，我们就可以加快‘以成证知’的过程”

科学家可以做的是“以成证知”，拿成果来证明这样的认知是一条发展道路。在产业一体化上，深圳基因研究院已经走出一条全新的路子。即使还有很多不同的声音，但是历经20多年发展，人类基因组取得了辉煌成就，我们也在科学、技术、产业、人才教育上收获了很多成果。

我们觉得，如果能给我们两个“助力”，我们就可以加快“以成证知”的过程。

第一，是在基础科学上重点支持，包括技术上和科研方向上，比如说时空组学。我们现在发起时空组学这么大一个项目，全都是以我们为主做的。当然中央政府、深圳市委市政府，其他一些地方的政府给予了很大支持。但是创新源头还是在华大自身，创新土壤则是在国家的大环境下，如果能给一些重点扶持和支持，我们会突破得更快。

第二，这么大的科学突破，要真正地做到以成证知、减少争议，需要巨大无比的应用场景。只有拿出100万人、1000万人这么大人口的数据量，而且在时间上要有可持续的观察，才能够对生老病死给出一个根本的回答。我们在北京、香港、石家庄做核酸检测，那是在空间上显示了我们的能力。这次应对新冠肺炎疫情，我们能从武汉最开始一天做100个样本，最后在石家庄一天能做100万个样本。我们现在要在时间上构建能力，比如说肿瘤，它是慢性的，它需要100万人、1000万人这种数据量。我们要的是什么？是应用场景。我们一天能够做几百万人的新型冠状病毒肺炎的核酸检测，为什么不能同样做几百万人的肿瘤检测？很多有明确标志物的肿瘤，完全可以用新冠核酸检测的模式去做肿瘤核酸，也完全可以在出生缺陷防控上以同样的模式实现全覆盖。

在新冠肺炎疫情面前，我们有了充分的舞台去展示我们的能力，做到了不光影响中国，也影响了世界的事情。比如，截至2021年6月，我们的“火眼”实验室已经在全球近30个国家和地区落地80余座，那可不仅仅是气膜，更关键的是里面还有我们几乎全套的装备。又如，深圳华大基因研究院“智造”的高通量自动化病毒核酸提取设备 MGISP—960，通量达到192样本/80分钟，一人可同时操作3台仪器，大大加快规模化样本检测速度，我们很自豪。但是在出生缺陷防控、肿瘤防控上，我们还缺乏这样的应用场景。这是一个科学研究和应用互动的过程，它不是一个全面依靠科研支持的项目，科研不可能拿出这么多的钱来做这个事情。在政策法规上，它又不是一个完全的临床项目，所以它是介于科研和临床双向承载的一个模式，最好的解决方案是以政府站台撑腰的模式，以民生作为导向，作为一个突破口，才能够实现百万人、千万人的应用场景，来回答所谓“罕见病不罕见”的问题。

所以我就说两个重点，一个是重点科技突破的支持；一个是重点临床突破的应用场景的支持。对我们来说，这两个挑战是最大的，特别是后面这一个，它既要政策法规的突破，也需要政府的魄力。

我们要创新科技、创新体制、创新机制来做这样的事情，而不是老是回到科技创新，就是要用新型举国体制，只有这样我们才能实现发展，既能解决现实的问题，又能够实现长期发展战略布局。

“抗击新冠肺炎疫情的经历，已经充分显示了检测和预防的重要性”

新冠肺炎疫情来袭，我们小区大楼门前贴了个标语：“三个百分百：体温检测百分百，核酸检测百分百，疫苗注射百分百”，这是为防控新冠肺炎这样的传染病采取的措施。现在老百姓都百分百做核酸检测，大家也都自觉去打疫苗了。

那么，是不是对结核病也应该百分百检测和百分百预防？肝炎是不是也应该这样？所有传染病是不是都应该这样？如果说是，那是不是出生缺陷检测和防控也应该百分百？所有的肿瘤，如果有确定标志物的，是不是应该百分百进行早期预防、早期检测、早期治疗？这就是我对老百姓的建议。

抗击新冠肺炎疫情的经历，已经充分显示了检测和预防的重要性。如果病因明确的重大疾病筛查也能像新冠肺炎检测一样，检测通量从每天百例，提升到每天万例，到每天10万例。价格降下来，通量升上去，就能尽早实现重大高发性疾病早筛的全面覆盖。只有早筛查、早发现，将生命健康的重心从“精准治疗”前移到“精准预防”上来，才能实现精准健康，显著提升人均期待寿命并大幅降低社会卫生总负担。

在宫颈癌筛查上，过去我们做的超过570万例HPV检测中，发现了约56万例的阳性受检者，她们通过及时进行临床确诊和干预治疗，有效预防了宫颈癌的发生。另外，以唐氏综合征为例，随着无创产前筛查的检测覆盖率提高，唐氏综合征的出生率显著降低。当无创产前筛查覆盖到全人群的时候，唐氏综合征就逐渐消失了。所以，现在要实现天下无病、少病，我们提出来：该检测的一个不少，可避免的一个不多。

“科学成果推广出去，需要转换场所”

要把一个科学成果推广出去，需要转换场所。现在我们用基因测序的方法，上午完成一个科学实验，下午就可以转化成为产业项目，这是一个商业化过程，这是第一个问题。第二个问题，深圳华大基因研究院做的这些事情，商业目标只是我们的评价指标之一，并不是我们的终极目标。我们的目标叫“基因科技造福人类”。在新时代，商业本身不应该再成为目标，商业是实现更远大目标的手段。所以企业这个名词是需要重新定义的，不是为了钱活着，钱是为活着的意义提供条件的。

农业、工业、信息时代，这三个时代的叠加能够满足人类生存发展的基本物质保障，但是它解决不了生老病死和精神层面上的问题。生命时代里，在物质基本满足的情况下，再以商业为目标就没有了意义。

“基因科技造福人类，从自己做起”

一场新的革命能够影响人类社会进程、带来社会福祉，而如果我们自己都没有实践、都不相信的话，那就不对了。所以我说，基因科技造福人类，从华大做起，在华大内部要首先实现传染病的防控、出生缺陷的防控、心脑血管疾病的防控和肿瘤的早期检测，这是我反复讲的几件事情。首先，出生缺陷防控上，无创产前基因检测在华大员工中已经实现了全覆盖。其次，心脑血管疾病防控上，原来我以为自己很健康，结果一检查，发现颅底动脉血管已经有部分堵塞了，经过几年的努力，现在基本上消退了。1994年，我有一篇论文发表，提出血管堵了以后斑块是可以消退的观点。我花了27年，在自己身上证明，不要放支架，因为它是可以预防的。再次，肿瘤防控上，我们定期给员工安排肿瘤相关的基因和影像检测，实现更早地发现肿瘤，避免延误最佳诊疗时间。

《中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出“做大做强生物经济”，实在太及时了，我们举双手拥护！

李斌同志跟踪基因组20多年，作为见证者、参与者、健康志愿者，他能围绕“生物经济”组织大家思考，这件事情极有意义。这本集中大家智慧的小书——《生物经济：一个革命性时代的到来》更是值得关心这个时代的人一读，值得更多的人进一步思考、探索……

〔汪建：1954年生于湖南沅陵。1968年响应“我们也有一双手，不在城里吃闲饭”的号召下乡插队。1979年毕业于湖南医学院(现中南大学湘雅医学院)医疗系，1986年获北京中医学院(现北京中医药大学)中西医结合学科病理专业硕士学位。1988至1994年，先后在美国德州大学、爱荷华大学、华盛顿大学从事博士后研究。

1991年主导成立西雅图华人生物医学协会，策划将“国际人类基因组计划”引回国内。1994年回国创建吉比爱生物技术(北京)有限公司，积极推动人类基因组计划的实施。1999年为承接人类基因组计划的中国部分，主导创建华大基因。2003至2007年任中国科学院基因组研究所副所长。2007年南下深圳，创建深圳华大基因研究院以及之后的科研、教育与产业体系。

20多年来痴心不改，坚信基因科技必将造福人类，走出了深圳华大基因研究院独特的“三发三带”联动发展模式：坚持科学发现、技术发明与产业发展联动，带动学科建设、人才培养、产业应用。

从承担“国际人类基因组计划”1%任务、“国际人类单体型图计划”10%任务，到独立完成“亚洲人基因组图谱”100%任务，再到完成“国际千人基因组计划”亚洲部分，汪建领导深圳华大基因研究院从参与接轨到独立同步、再到引领支撑的蜕变和进化过程。深圳华大基因研究院建立了世界一流的基因科技基础和应用研究体系，负责运营世界最大规模的深圳国家基因库，实现了收购美国CG公司及基因测序仪器智造体系国产化。

深圳华大基因研究院已经成长为世界基因领域的先锋队、中国的主力队和国家战略力量，旗下的上市公司已成为行业领军企业。作为这支队伍的领军者和掌舵人，汪建创立了完整的“基因读写存”科技体系，立志将中国出生缺陷、癌症、传感染病防控推向世界领先水平并造福人类〕

推荐序三