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

　　深圳華大基因研究院團(tuán)隊(duì)成員在該研究院實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行酵母鑒定實(shí)驗(yàn) 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(jì)和再造嗎？我國(guó)科學(xué)家利用化學(xué)物質(zhì)成功合成4條人工設(shè)計(jì)的釀酒酵母染色體，該研究結(jié)果10日在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。我國(guó)也因此成為繼美國(guó)之后第二個(gè)具備真核基因組設(shè)計(jì)與構(gòu)建能力的國(guó)家。

　　研究者說(shuō)，如果把基因組測(cè)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(mèng)想又邁進(jìn)了一大步。

　　A 從“讀”到“寫”：生命認(rèn)識(shí)的巨大飛躍

　　據(jù)來(lái)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(xiàng)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(shí)，合成的染色體經(jīng)過(guò)精致的人工設(shè)計(jì)，刪除了研究者認(rèn)為無(wú)用的DNA，加入了人工接頭，總體長(zhǎng)度比天然染色體縮減8%。

　　“人工合成染色體的價(jià)值，在于實(shí)現(xiàn)對(duì)基因的操控。”天津大學(xué)化工學(xué)院教授元英進(jìn)說(shuō)，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(jì)了染色體并確保細(xì)胞活性，說(shuō)明研究人員已經(jīng)開始“知其所以然”了。

　　2010年，美國(guó)科學(xué)家首次將人工合成的基因組植入一個(gè)原核細(xì)菌，開啟了化學(xué)合成生命的研究大門。不過(guò)，包括動(dòng)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(jì)與合成的難度也更高。

　　元英進(jìn)說(shuō)，此次研究解決了合成單細(xì)胞真核生物的基本科學(xué)問題，為未來(lái)設(shè)計(jì)、構(gòu)建復(fù)雜的真核生物細(xì)胞提供了更多知識(shí)儲(chǔ)備。

　　中國(guó)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(guò)對(duì)染色體的設(shè)計(jì)、構(gòu)建、測(cè)試一系列過(guò)程，來(lái)驗(yàn)證和修正對(duì)基因組的認(rèn)識(shí)。

　　“如果說(shuō)基因組測(cè)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(gè)巨大飛躍。”楊煥明說(shuō)。

　　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?yàn)榘d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(jìn)舉例說(shuō)，利用酵母菌細(xì)胞可以研究染色體異常，如果找到并修復(fù)細(xì)胞的基因組失活點(diǎn)，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(lái)越好，形式越來(lái)越美。生命也是一樣，通過(guò)人工設(shè)計(jì)、化學(xué)再造，未來(lái)可以想象有2.0、3.0，版本越來(lái)越高。”元英進(jìn)說(shuō)。

　　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(xiàng)目負(fù)責(zé)人沈玥說(shuō)，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(jī)物。比如，用酵母菌合成青蒿素已經(jīng)產(chǎn)業(yè)化，成本遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的植物提取。但由于釀酒酵母比較脆弱，對(duì)環(huán)境的要求嚴(yán)苛，其應(yīng)用范圍一直受限。

　　楊煥明認(rèn)為，當(dāng)科學(xué)家完全掌握了設(shè)計(jì)、合成釀酒酵母染色體的技術(shù)后，可以更便捷地改進(jìn)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(xì)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(shuō)，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(duì)釀酒酵母染色體加入更多設(shè)計(jì)，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(wú)中生有”

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

　　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(lái)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(jì)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(xì)胞中。“如果細(xì)胞不匹配，就好比拖拉機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)安裝在小轎車上。”戴俊彪說(shuō)，若要重新設(shè)計(jì)、建構(gòu)整個(gè)細(xì)胞，還有非常漫長(zhǎng)的一段路要走。

　　元英進(jìn)說(shuō)，通過(guò)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(xì)胞死亡、細(xì)胞失活、生長(zhǎng)缺陷的各項(xiàng)關(guān)鍵要素，未來(lái)有望實(shí)現(xiàn)人工設(shè)計(jì)與合成的突破。（據(jù)新華社）