我國科學(xué)家利用化學(xué)物質(zhì)成功合成4條人工設(shè)計的釀酒酵母染色體；人類向著“生命2.0”的夢想又邁進了一大步

　　深圳華大基因研究院團隊成員在該研究院實驗室內(nèi)進行酵母鑒定實驗 新華社發(fā)

　　戴俊彪博士展示培養(yǎng)皿中的釀酒酵母菌株 新華社發(fā)

　　生命可以設(shè)計和再造嗎？我國科學(xué)家利用化學(xué)物質(zhì)成功合成4條人工設(shè)計的釀酒酵母染色體，該研究結(jié)果10日在國際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。我國也因此成為繼美國之后第二個具備真核基因組設(shè)計與構(gòu)建能力的國家。

　　研究者說，如果把基因組測序比作“讀懂生命密碼”，基因組合成就是“編寫生命密碼”，從“讀”到“寫”，人類向著“生命2.0”的夢想又邁進了一大步。

　　A 從“讀”到“寫”：生命認識的巨大飛躍

　　據(jù)來自天津大學(xué)、清華大學(xué)和深圳華大基因研究院的研究人員介紹，這項研究利用小分子核苷酸精準(zhǔn)合成了有活性的真核染色體，得到的基因組可以很好地調(diào)控酵母的功能。

　　同時，合成的染色體經(jīng)過精致的人工設(shè)計，刪除了研究者認為無用的DNA，加入了人工接頭，總體長度比天然染色體縮減8%。

　　“人工合成染色體的價值，在于實現(xiàn)對基因的操控。”天津大學(xué)化工學(xué)院教授元英進說，如果合成的染色體與所取代的天然染色體完全相同，僅僅是“知其然”，但重新設(shè)計了染色體并確保細胞活性，說明研究人員已經(jīng)開始“知其所以然”了。

　　2010年，美國科學(xué)家首次將人工合成的基因組植入一個原核細菌，開啟了化學(xué)合成生命的研究大門。不過，包括動物、植物和真菌在內(nèi)的真核生物，其染色體更加復(fù)雜，設(shè)計與合成的難度也更高。

　　元英進說，此次研究解決了合成單細胞真核生物的基本科學(xué)問題，為未來設(shè)計、構(gòu)建復(fù)雜的真核生物細胞提供了更多知識儲備。

　　中國科學(xué)院院士楊煥明介紹，在掌握了基因序列的秘密之后，研究人員還將通過對染色體的設(shè)計、構(gòu)建、測試一系列過程，來驗證和修正對基因組的認識。

　　“如果說基因組測序是‘讀懂生命密碼’，基因組合成就是在‘編寫生命密碼’，從讀到寫，是一個巨大飛躍。”楊煥明說。

　　B “生命2.0”：有望解決人類醫(yī)學(xué)難題

　　由于釀酒酵母是遺傳學(xué)研究常用的一種模式生物，人工合成的釀酒酵母染色體，能夠為癲癇、癌癥、智力發(fā)育遲緩和衰老等人類面臨的醫(yī)學(xué)難題提供研究與治療模型。

　　元英進舉例說，利用酵母菌細胞可以研究染色體異常，如果找到并修復(fù)細胞的基因組失活點，有望治療因染色體異常而導(dǎo)致的發(fā)育異常。

　　“如同建房子，人類從天然洞穴起步，建筑材料越來越好，形式越來越美。生命也是一樣，通過人工設(shè)計、化學(xué)再造，未來可以想象有2.0、3.0，版本越來越高。”元英進說。

　　此外，釀酒酵母本身有著巨大的工業(yè)開發(fā)潛力。華大基因合成生物學(xué)項目負責(zé)人沈玥說，應(yīng)用生物技術(shù)，釀酒酵母理論上可以合成人類賴以生存的一切有機物。比如，用酵母菌合成青蒿素已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，成本遠低于傳統(tǒng)的植物提取。但由于釀酒酵母比較脆弱，對環(huán)境的要求嚴苛，其應(yīng)用范圍一直受限。

　　楊煥明認為，當(dāng)科學(xué)家完全掌握了設(shè)計、合成釀酒酵母染色體的技術(shù)后，可以更便捷地改進釀酒酵母適應(yīng)環(huán)境的能力，讓發(fā)酵罐生產(chǎn)出更多樣化、成本更低廉的食物和能源等。

　　“試想有一種細菌，能把垃圾快速分解，或者把霾全部吸收。”清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員戴俊彪說，科學(xué)家希望利用合成生物技術(shù)，解決污染、能源短缺等人類面臨的難題。對釀酒酵母染色體加入更多設(shè)計，能幫助研究人員理解更多的生物學(xué)問題。

　　C 創(chuàng)造生命？ 目前還做不到“無中生有”

　　不過，雖然此次人工合成的釀酒酵母染色體有著精巧設(shè)計，它們?nèi)匀皇翘烊蝗旧�體的模仿品。“我們對生命的了解還遠遠不夠，還做不到‘無中生有’。”戴俊彪說。

　　戴俊彪將之比作“二手房裝修”：風(fēng)格可以迥然一變，但房間還是原來的房間，并非從零開始蓋房。

　　另外，科學(xué)家目前著力于設(shè)計和建構(gòu)染色體，然后將人工合成的染色體植入原有的天然細胞中。“如果細胞不匹配，就好比拖拉機發(fā)動機安裝在小轎車上。”戴俊彪說，若要重新設(shè)計、建構(gòu)整個細胞，還有非常漫長的一段路要走。

　　元英進說，通過此次研究，把非生命的化學(xué)物質(zhì)組裝成染色體，找到導(dǎo)致細胞死亡、細胞失活、生長缺陷的各項關(guān)鍵要素，未來有望實現(xiàn)人工設(shè)計與合成的突破。（據(jù)新華社）