开启人工合成生命大门

中国科学家在真核生物基因组

设计与合成中获重大突破

天津日报记者 赵晖 人类从未放弃探寻和追索生命奥秘。中国科学家日前在生物基因组化学合成方面取得重大突破。3月10日出版的国际顶级学术期刊《科学》，以封面形式同时刊发了中国科学家的4篇研究论文。其中，天津大学成绩不俗，以第一作者和唯一通讯作者署名发表论文两篇。

由天津大学、清华大学和华大基因分别完成的这4篇长文，介绍了真核生物基因组设计与化学合成方面的系列重大突破：完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成。在此之前国际同行奋斗多年才成功合成了一条。在合成染色体的过程中，他们还突破了生物合成方面的多项关键核心技术，如：突破合成型基因组导致细胞失活的难题，设计构建染色体成环疾病模型，开发长染色体分级组装策略，证明人工设计合成的基因组具有可增加、可删减的灵活性等。这是继合成原核生物染色体之后的又一里程碑式突破，开启人类“设计生命、再造生命和重塑生命”的新纪元。

合成生物学（SyntheticBiology）是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，以基因组设计合成为标志的第三次生物技术革命。生物学界内最大的划分依据并不是植物和动物，而是以原核生物和真核生物来区分。

真核生物的DNA既丰富又复杂，通常会包含数亿甚至数十亿碱基对信息。酿酒酵母是生物学研究中的模式真核单细胞生物。酿酒酵母基因组合成计划（Sc2.0计划）是合成基因组学（Synthetic genomics）研究的标志性国际合作项目。该项目由美国科学院院士杰夫·伯克发起，有美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等多国研究机构参与并分工协作，致力于设计和化学再造完整的16条酿酒酵母基因组。该计划的国际化推动者及中国最早参与者、天津大学化工学院教授元英进此次在《科学》期刊上以通讯作者身份发表了2篇论文。

这次科学家们共完成了酿酒酵母5条染色体的化学合成，其中中国科学家完成了4条，占完成数量的66.7%，把Sc2.0计划向前推进了一大步，意味着已经成功合成了酵母基因组的约三分之一。元英进教授带领的天津大学团队完成了5号、10号（synV、synX）染色体的化学合成，并开发了高效的染色体缺陷靶点定位技术和染色体点突变修复技术。戴俊彪研究员带领清华大学团队完成了当前已合成染色体中最长的12号染色体（synXII）的全合成。深圳华大基因研究院团队联合英国爱丁堡大学团队完成了2号染色体（synII）的合成及深度基因型—表型关联分析。

这些技术将帮助全世界的生命科学研究和相关实际应用中大显身手。元英进教授在接受采访时解释说，如果说病毒基因组的合成开启了基因组化学合成研究，那么原核生物和真核生物基因组合成研究的不断突破，则初步实现了化学全合成基因组对单细胞原核生物和真核生物的生命调控。化学合成酵母，一方面可以帮助人类更深刻地理解一些基础生物学的问题，另一方面可以通过基因组重排系统，使酵母实现快速进化，得到在医药、能源、环境、农业、工业等领域有重要应用潜力的菌株。