中國掌握「編寫生命密碼」技術，人類離「再造生命」又近一步！

3月9日，清華大學生命科學學院戴俊彪博士在展示培養皿中的釀酒酵母菌株。新華社記者 沈伯韓 攝

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。不過，雖然此次人工合成的釀酒酵母染色體有著精巧設計，它們仍然是天然染色體的模仿品。「我們對生命的了解還遠遠不夠，還做不到『無中生有』。」

中國科學家利用化學物質合成完整活性染色體

人類向「再造生命」邁進一大步

新華社記者陳芳、董瑞豐

我國科學家利用化學物質合成了4條人工設計的釀酒酵母染色體，標誌著人類向「再造生命」又邁進一大步。研究結果10日以封面文章的形式在國際知名學術期刊《科學》發表，我國也成為繼美國之後第二個具備真核基因組設計與構建能力的國家。

來自天津大學、清華大學和深圳華大基因研究院的研究人員介紹，該研究利用小分子核苷酸精準合成了活體真核染色體，首次實現人工基因組合成序列與設計序列的完全匹配，所得到的酵母基因組具備完整的生命活性。

「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。」中國科學院院士楊煥明說。

3月9日，天津大學化工學院副教授李炳志、清華大學生命科學學院研究員戴俊彪博士、華大基因理事長楊煥明院士、天津大學化工學院教授元英進、深圳國家基因庫合成與編輯平台負責人沈玥(從左至右)在清華大學合影。新華社記者 沈伯韓 攝

2010年，美國科學家首次將人工合成的基因組植入一個原核細菌，開啟了化學合成生命的研究大門。天津大學化工學院教授元英進告訴記者，原核生物基因組雖已合成成功，但其染色體相對簡單，動物、植物、真菌等真核生物具有多條線性染色體，生命形式更複雜豐富，我國科學家在此次研究中解決了一系列科學難題。

研究中，基因組實際序列與設計序列的精確匹配至關重要。清華大學生命科學學院研究員戴俊彪說，研究人員創建了基因組缺陷靶點快速定位與精確修復方法，確保化學合成的基因組具有高度的生命活性。

釀酒酵母是生物遺傳學研究的一個重要模式生物。以合成型釀酒酵母染色體為研究對象，可以加快在基因組重排、環形染色體進化領域的研究進度，為人類環形染色體疾病、癌症和衰老等提供研究與治療模型。

2012年開始，天津大學、清華大學和深圳華大基因研究院與美國等國家的科研機構共同推動了酵母基因組合成國際計劃(Sc2.0)，旨在對釀酒酵母基因組進行人工重新設計和化學再造。我國科學家此次成功合成的4條釀酒酵母染色體，佔Sc2.0計劃已經合成染色體的三分之二。

解讀

新研究有望解決人類醫學難題

生命可以設計和再造嗎?我國科學家利用化學物質成功合成4條人工設計的釀酒酵母染色體，研究結果10日在國際知名學術期刊《科學》發表。我國也因此成為繼美國之後第二個具備真核基因組設計與構建能力的國家。

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。

生命認識的巨大飛躍

元英進團隊成員在天津大學系統生物工程教育部重點實驗室進行實驗（2012年7月23日攝）。新華社發（元英進 供圖）

來自天津大學、清華大學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合成了有活性的真核染色體，得到的基因組可以很好地調控酵母的功能。

同時，合成的染色體經過精緻的人工設計：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，在於實現對基因的操控。」天津大學化工學院教授元英進說，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」，但重新設計了染色體並確保細胞活性，說明研究人員已經開始「知其所以然」。

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

有望解決人類醫學難題

3月10日，深圳華大基因研究院團隊成員在該研究院實驗室內進行酵母鑒定實驗。新華社發（華大基因 供圖）

由於釀酒酵母是遺傳學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、癌症、智力發育遲緩和衰老等人類面臨的醫學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，如果找到並修復細胞的基因組失活點，有望治療因染色體異常而導致的發育異常。

「如同建房子，人類從天然洞穴起步，建築材料越來越好，形式越來越美。生命也是一樣，通過人工設計、化學再造，未來可以想像有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開發潛力。華大基因合成生物學項目負責人沈玥說，應用生物技術，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產業化，成本遠低於傳統的植物提取。但由於釀酒酵母比較脆弱，對環境的要求嚴苛，其應用範圍一直受限。

「試想有一種細菌，能把垃圾快速分解，或者把霾全部吸收。」清華大學生命科學學院研究員戴俊彪說，科學家希望利用合成生物技術，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計，能幫助研究人員理解更多的生物學問題。

創造生命?目前還做不到「無中生有」

戴俊彪博士團隊成員在清華大學生命科學學院實驗室內進行實驗（2016年4月1日攝）。新華社發（戴俊彪 供圖）

不過，雖然此次人工合成的釀酒酵母染色體有著精巧設計，它們仍然是天然染色體的模仿品。「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。

另外，科學家目前著力於設計和建構染色體，然後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，就好比拖拉機發動機安裝在小轎車上。」戴俊彪說，若要重新設計、建構整個細胞，還有非常漫長的一段路要走。

元英進說，通過此次研究，把非生命的化學物質組裝成染色體，找到導致細胞死亡、細胞失活、生長缺陷的各項關鍵要素，未來有望實現人工設計與合成的突破。

來源：3月11日《新華每日電訊》

監製：易艷剛

責編：張慧

校對：趙岑

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