合成酵母染色體：設(shè)計(jì)生命又近一步

▲戴俊彪展示培養(yǎng)皿中的釀酒酵母菌株（新華社沈伯韓攝）

人類(lèi)是否可以設(shè)計(jì)生命？3月10日，《科學(xué)》雜志在封面推介中國(guó)科學(xué)家的4篇論文，介紹了天津大學(xué)、清華大學(xué)、深圳華大基因研究院在合成生物學(xué)方面的重大突破：完成4條真核生物釀酒酵母染色體的人工合成。這意味著人類(lèi)在設(shè)計(jì)并合成復(fù)雜人工生命的過(guò)程中取得重大進(jìn)展。我國(guó)也成為繼美國(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。

認(rèn)識(shí)生命有了新突破

分子生物學(xué)告訴人們，所有的答案都在基因和基因組里。能否在實(shí)驗(yàn)室構(gòu)造具有生命特性的細(xì)胞一直是生命研究領(lǐng)域的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

時(shí)至今日，科學(xué)家已完成了病毒、細(xì)菌等物種的基因組設(shè)計(jì)與構(gòu)建，相關(guān)人工合成的基因組能正常地完成自我復(fù)制和繁衍等生物功能。

創(chuàng)造一個(gè)人造的真核生物則是造物的新高度，因?yàn)檎婧松锸巧母呒?jí)形式，人類(lèi)也歸屬其中。生物界最重要的分類(lèi)依據(jù)就是以原核生物和真核生物來(lái)區(qū)分的。

酵母與人們的生活息息相關(guān)，發(fā)饅頭、釀酒均是靠這種微生物來(lái)實(shí)現(xiàn)的。為何要選擇酵母作為人工合成的首個(gè)對(duì)象？中國(guó)科學(xué)院院士、華大基因理事長(zhǎng)楊煥明說(shuō)，人類(lèi)對(duì)于生命的許多里程碑式發(fā)現(xiàn)均是通過(guò)研究酵母來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此，對(duì)于酵母合成的突破，比以后植物、動(dòng)物包括人類(lèi)的任何一個(gè)突破都更加重要。

“過(guò)程就像搭積木”

此次研究的參與者、深圳國(guó)家基因庫(kù)合成與編輯平臺(tái)負(fù)責(zé)人沈玥說(shuō)，研究人員使用電腦程序設(shè)計(jì)和編寫(xiě)了酵母的遺傳信息，通過(guò)化學(xué)合成的方式將這些遺傳信息以DNA的形式合成出來(lái)，“過(guò)程就像搭積木”，然后放入酵母中替代原來(lái)的DNA，而酵母能繼續(xù)保持活性。這樣，酵母的所有生命活動(dòng)都變成了由人工設(shè)計(jì)合成的DNA控制，成為一種人造生命體。

對(duì)于酵母染色體的人工合成，清華大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院研究員戴俊彪做了一個(gè)生動(dòng)形象的比喻：“生物的細(xì)胞就像二手房，最開(kāi)始我們對(duì)房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，比如梁柱的位置、電線(xiàn)鋪設(shè)走向等一無(wú)所知。后來(lái)人們掌握了基因組測(cè)序技術(shù)，這就好比我們可以知道房間的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，而人工合成意味著我們可以改造房間了?！?/p>

在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用

在未來(lái)，人工合成生物將在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮重要作用。從經(jīng)濟(jì)發(fā)展角度看，酵母基因組的成功改造也意味著相關(guān)產(chǎn)業(yè)將會(huì)受益。現(xiàn)在酵母廣泛運(yùn)用于人類(lèi)生活，比如制作面包、釀造啤酒、合成青蒿素等，改造酵母特性將催生更符合人類(lèi)需求的產(chǎn)品。

沈玥透露，國(guó)際科學(xué)家團(tuán)隊(duì)有信心在2018年完成酵母全部16條染色體的人工合成，之后研究人員會(huì)將所有的人工設(shè)計(jì)合成染色體放到同一個(gè)酵母細(xì)胞里，實(shí)現(xiàn)基因組水平上的人造酵母。科學(xué)家們表示，未來(lái)有一天，人類(lèi)或許能從微觀尺度上改造染色體，從而治愈一些疾病。（據(jù)廣州日?qǐng)?bào)、新華社）※