我国科学家人工合成完整活性染色体
原标题：我国科学家人工合成完整活性染色体
3月9日，清华大学生命科学学院戴俊彪博士在展示培养皿中的酿酒酵母菌株。
3月9日，天津大学化工学院副教授李炳志、清华大学生命科学学院研究员戴俊彪博士、华大基因理事长杨焕明院士、天津大学化工学院教授元英进、深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥（从左至右）在清华大学合影。 新华社记者 沈伯韩摄
戴俊彪博士团队成员在清华大学生命科学学院实验室内进行实验（2016年4月1日摄）。
新华社发
3月10日，深圳华大基因研究院团队部分成员在该研究院实验室里合影。新华社发
生命可以设计和再造吗？我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体，标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。研究结果10日以封面文章的形式在国际知名学术期刊《科学》上发表，我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。
酿酒酵母是生物遗传学研究的一个重要模式生物。以合成型酿酒酵母染色体为研究对象，可以加快在基因组重排、环形染色体进化领域的研究进度，为人类环形染色体疾病、癌症和衰老等提供研究与治疗模型。
2012年开始，天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划（Sc2.0），旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体，占Sc2.0计划已经合成染色体的三分之二。
从“读”到“写”
生命认识的巨大飞跃
来自天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院的研究人员介绍，这项研究利用小分子核苷酸精准合成了有活性的真核染色体，得到的基因组可以很好地调控酵母的功能。
同时，合成的染色体经过精致的人工设计：删除了研究者认为无用的DNA，加入了人工接头，总体长度比天然染色体缩减8％。
“人工合成染色体的价值，在于实现对基因的操控。”天津大学化工学院教授元英进说，如果合成的染色体与所取代的天然染色体完全相同，仅仅是“知其然”，但重新设计了染色体并确保细胞活性，说明研究人员已经开始“知其所以然”。
2010年，美国科学家首次将人工合成的基因组植入一个原核细菌，开启了化学合成生命的研究大门。不过，包括动物、植物和真菌在内的真核生物，其染色体更加复杂，设计与合成的难度也更高。
元英进说，此次研究解决了合成单细胞真核生物的基本科学问题，为未来设计、构建复杂的真核生物细胞提供了更多知识储备。
中国科学院院士杨焕明介绍，在掌握了基因序列的秘密之后，研究人员还将通过对染色体的设计、构建、测试一系列过程，来验证和修正对基因组的认识。
“如果说基因组测序是‘读懂生命密码’，基因组合成就是在‘编写生命密码’，从读到写，是一个巨大飞跃。”杨焕明说。
“生命2.0”
有望解决人类医学难题
由于酿酒酵母是遗传学研究常用的一种模式生物，人工合成的酿酒酵母染色体，能够为癫痫、癌症、智力发育迟缓和衰老等人类面临的医学难题提供研究与治疗模型。
元英进举例说，利用酵母菌细胞可以研究染色体异常，如果找到并修复细胞的基因组失活点，有望治疗因染色体异常而导致的发育异常。
“如同建房子，人类从天然洞穴起步，建筑材料越来越好，形式越来越美。生命也是一样，通过人工设计、化学再造，未来可以想象有2.0、3.0，版本越来越高。”元英进说。
此外，酿酒酵母本身有着巨大的工业开发潜力。华大基因合成生物学项目负责人沈玥说，应用生物技术，酿酒酵母理论上可以合成人类赖以生存的一切有机物。比如，用酵母菌合成青蒿素已经产业化，成本远低于传统的植物提取。但由于酿酒酵母比较脆弱，对环境的要求严苛，其应用范围一直受限。
杨焕明认为，当科学家完全掌握了设计、合成酿酒酵母染色体的技术后，可以更便捷地改进酿酒酵母适应环境的能力，让发酵罐生产出更多样化、成本更低廉的食物和能源等。
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