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在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室內(nèi),，覃重軍團(tuán)隊(duì)在一起學(xué)習(xí)交流（7月31日攝）,。?新華社記者 丁汀 攝
新華社上海８月２日電題：人造單條染色體真核細(xì)胞問(wèn)世 我國(guó)開(kāi)啟合成生物學(xué)研究新時(shí)代
新華社記者王琳琳,、張泉
?。保梗叮的?，我國(guó)科學(xué)家在世界上首次人工合成出與天然分子化學(xué)結(jié)構(gòu)相同,、有完整生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素,，開(kāi)辟了人工合成蛋白質(zhì)的時(shí)代,。
?。担岸嗄旰蟮慕裉?，我國(guó)科學(xué)家在最新一期國(guó)際科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表論文，宣布首次人工創(chuàng)造出有生命活性的單染色體真核細(xì)胞,，開(kāi)啟了合成生物學(xué)研究的新時(shí)代,。
在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所內(nèi)，覃重軍（右）與團(tuán)隊(duì)成員在實(shí)驗(yàn)室里交流（7月31日攝）,。新華社記者 丁汀 攝
人類能否創(chuàng)造生命,？此次突破意義何在？
人造纖維,、人造衛(wèi)星,、人造材料……在我們的潛意識(shí)里，只要是人造的東西都是沒(méi)有生命的,。人類真能“創(chuàng)造”出生命嗎,？
?。保梗梗赌辏寺⊙颉岸嗬闭Q生,。人們認(rèn)為,，這就是所謂的“人造生命”。然而,，科學(xué)共同體認(rèn)為,，克隆僅僅是“復(fù)制”了已有的生命體，還不是真正意義上的“創(chuàng)造”,。人造生命,，應(yīng)該是利用生命體性狀由遺傳基因決定的原理，通過(guò)人工設(shè)計(jì)并合成新的遺傳基因,，“從頭到腳”創(chuàng)造與地球現(xiàn)有生命體均不同的全新生命體,。
因此，從這個(gè)意義上講,，“１００％人造生命”還遠(yuǎn)未出現(xiàn),。但我國(guó)科學(xué)家的最新研究成果足以稱得上這條“長(zhǎng)征路”上的重要突破，意義非凡,。
中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室覃重軍團(tuán)隊(duì)以釀酒酵母為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,，采用工程化精準(zhǔn)設(shè)計(jì)方法，使用ＣＲＩＳＰＲ－Ｃａｓ９基因編輯技術(shù)對(duì)釀酒酵母１６條染色體的全基因組進(jìn)行了大規(guī)模修剪,、重新排列,，最終“創(chuàng)造”了將幾乎所有遺傳信息融合進(jìn)１條超長(zhǎng)線型染色體的酵母細(xì)胞?！绑w檢報(bào)告”表明,，雖然動(dòng)了“大手術(shù)”，但“全新版”酵母細(xì)胞的生長(zhǎng),、功能和基因表達(dá)均與天然酵母相似,。
中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員戴俊彪認(rèn)為，這一結(jié)果表明,，自然進(jìn)化而成的現(xiàn)有真核生物（至少釀酒酵母）染色體數(shù)目與功能之間并不存在直接的決定關(guān)系,，染色體的數(shù)目可以進(jìn)行人為改變，同時(shí)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不造成顯著的影響,。這顛覆了“染色體的天然三維結(jié)構(gòu)決定基因表達(dá)”的傳統(tǒng)觀念,。
與前人對(duì)單個(gè)染色體或一條長(zhǎng)鏈ＤＮＡ進(jìn)行小修、小補(bǔ),、小合成不同的是,，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該成果實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)物種的染色體數(shù)目進(jìn)行系統(tǒng)和大規(guī)模改造。這表明,，天然復(fù)雜的生命體可以通過(guò)人工改造變簡(jiǎn)約,，最終實(shí)現(xiàn)“人造”自然界中不存在的全新生命。
在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所內(nèi),，覃重軍在講述關(guān)于人造單條染色體真核細(xì)胞的研究?jī)?nèi)容（7月31日攝）,。 新華社記者 丁汀 攝
染色體數(shù)目“１６合１”，目的何在,？
在生物教科書(shū)中,，自然界中的生命體按細(xì)胞結(jié)構(gòu)劃分，可分為真核生物和原核生物,。真核生物細(xì)胞通常有多條線型染色體,，原核生物細(xì)胞一般有１條環(huán)型染色體。面包發(fā)酵和釀酒過(guò)程中使用的酵母是生物研究中最常使用的典型真核生物,。
?。玻埃保衬辏翟拢溉眨剀姶竽懖孪?，真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的劃分并非“涇渭分明”，二者完全可以相互跨越,。即,，真核細(xì)胞也可以改造成１條線型、甚至是環(huán)型的染色體,，裝載所有遺傳物質(zhì),、完成正常細(xì)胞功能。于是這一天,，他將自己的猜想寫(xiě)進(jìn)了筆記本,。
隨后，他與副研究員薛小莉設(shè)計(jì)了精準(zhǔn)的工程設(shè)計(jì)總體方案,，博士生邵洋洋從２０１３年開(kāi)始研發(fā)高效的染色體融合操作方法,。２０１６年１０月，團(tuán)隊(duì)成功合成出第一個(gè)單染色體真核酵母細(xì)胞,，而后都在對(duì)其進(jìn)行“系統(tǒng)體檢”,。
自然科研機(jī)構(gòu)中國(guó)區(qū)總監(jiān)保羅·埃文斯說(shuō)，盡管融合操作顯著改變了三維染色體結(jié)構(gòu),，但經(jīng)證實(shí),，改造后的酵母細(xì)胞出乎意料地穩(wěn)健，在不同的培養(yǎng)條件下,，沒(méi)有表現(xiàn)出重大的生長(zhǎng)缺陷,。
“天然酵母染色體的遺傳基因有許多重復(fù)序列，這增加了細(xì)胞的不穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致突變或變異,。而我們創(chuàng)造的全新酵母細(xì)胞刪除了這些重復(fù)序列,，化繁為簡(jiǎn)?！瘪剀娬f(shuō),。
他透露，將酵母染色體數(shù)量“１６合１”的最終目的是發(fā)現(xiàn)自然界中復(fù)雜現(xiàn)象背后的規(guī)律內(nèi)核,，最終用于治療人類疾病,。“在保證細(xì)胞正常存活的前提下,，染色體數(shù)目簡(jiǎn)化得越多,，越容易更精準(zhǔn)地找到生命體的遺傳密碼到底哪些可變、哪些不可變,?！?/p>
在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所內(nèi)，覃重軍在講述關(guān)于人造單條染色體真核細(xì)胞的研究?jī)?nèi)容（7月31日攝）,。 新華社記者 丁汀 攝
單染色體真核細(xì)胞已問(wèn)世,，然后呢？
人工智能的到來(lái)引起了人類的恐慌,，強(qiáng)大的機(jī)器讓人們擔(dān)心終有一天我們將被機(jī)器統(tǒng)治,，而單染色體真核細(xì)胞的問(wèn)世或許也會(huì)從另一個(gè)角度引起人們的憂慮。未來(lái)某一天,，人類會(huì)不會(huì)創(chuàng)造出比自身更強(qiáng)大的生命,？
對(duì)此，覃重軍表示,，目前人類對(duì)生命基因組遺傳密碼的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制所知甚少,。“分子生物學(xué)的發(fā)展讓我們對(duì)單個(gè)基因有了一定了解,，但他們彼此間如何協(xié)作,、又怎樣變化我們知道很少。目前,，我們處在簡(jiǎn)單模仿自然的水平,，真的去創(chuàng)造尤其是脫離大自然的‘藍(lán)本’去創(chuàng)造幾乎不可能，所以距離‘１００％人造生命’還差得很遠(yuǎn),?！?/p>
大手筆改造酵母染色體基因組的過(guò)程中，覃重軍深深感慨于自然的神奇,?！拔⑸锏淖兓浅？欤闵宰龈膭?dòng),，大自然就會(huì)以完全嘲笑人類理解能力的方式,，變化出更多可能?！?/p>
他認(rèn)為,，科學(xué)家一定要有堅(jiān)定的倫理操守?！皥?jiān)決不能做致病生物的改造,，因?yàn)槟悴恢雷罱K會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果。所以我們拿釀酒酵母這種可食用的微生物做改造,，目的是找到阻止其變異,、惡化的解決辦法?！?/p>
酵母三分之一基因與人類同源,，人造單染色體真核酵母細(xì)胞的誕生為研究人類染色體異常疾病提供了重要模型。端粒是染色體末端的保護(hù)結(jié)構(gòu),，端粒的長(zhǎng)短與過(guò)早衰老,、基因突變、腫瘤等疾病形成有關(guān),。單染色體真核酵母細(xì)胞僅有２個(gè)端粒,，這為研究上述疾病也提供了很好的研究基礎(chǔ)。下一步,，科研團(tuán)隊(duì)將借助該模型研發(fā)人類染色體缺陷或倍增等相關(guān)疾病的治愈方法。
此外,，保羅·埃文斯認(rèn)為,，人造單染色體真核酵母細(xì)胞也可成為研究染色體生物學(xué)基本概念的強(qiáng)大資源，包括染色體的復(fù)制,、重組和分離,，這些都是生物學(xué)領(lǐng)域十分重要的主題。
在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所內(nèi),，覃重軍（右）與團(tuán)隊(duì)成員邵洋洋在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)研究交流（7月31日攝）,。新華社記者 丁汀 攝
“創(chuàng)造”單染色體真核細(xì)胞，合成生物學(xué)如何邁入新時(shí)代,？
人造生命對(duì)應(yīng)的學(xué)科叫合成生物學(xué),。如果說(shuō)基因編輯還是對(duì)生命遺傳物質(zhì)的“小修小改”，那么合成生物學(xué)則是“推倒重來(lái)”,。
本世紀(jì)初,，合成生物學(xué)在基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科基礎(chǔ)上逐漸形成,。經(jīng)過(guò)多年不懈努力,，我國(guó)已形成初具規(guī)模的合成生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新,、產(chǎn)品開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì),，一大批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和研究中心相繼建立。
?。玻埃保纺辏吃?，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面文章形式發(fā)表了美、中,、英等多國(guó)科研機(jī)構(gòu)共同參與的“人工合成酵母染色體項(xiàng)目”的部分成果,，他們用化學(xué)方法合成了５條酵母染色體，其中,，中國(guó)科學(xué)家合成了４條,，相比“人類基因組計(jì)劃”中國(guó)科學(xué)家所承擔(dān)的１％基因測(cè)序有了大幅進(jìn)步。
此次成果不僅完全由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成,，而且對(duì)酵母全部１６條染色體進(jìn)行大剪大拼,，最終合成為１條，可謂在去年前人的工作基礎(chǔ)上又邁出了一大步,。
如果說(shuō)在“人工合成酵母染色體項(xiàng)目”中,，我國(guó)科學(xué)家扮演了“挑大梁”的角色，那么在此次“單條染色體真核酵母細(xì)胞”的合成中,，我國(guó)科學(xué)家掌握了核心關(guān)鍵技術(shù),，獲得了國(guó)際同行的廣泛認(rèn)可。
接下來(lái),，合成生物學(xué)如何邁入新時(shí)代,？覃重軍認(rèn)為，“思想上大膽創(chuàng)新＋工程上精細(xì)實(shí)施”,，是未來(lái)中國(guó)合成生物學(xué)取得重大突破不可缺少的兩大因素,。“西方合成生物學(xué)的研究模式強(qiáng)調(diào)精細(xì)化工程實(shí)施,，但只有工程實(shí)施遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠,，敢于跳出權(quán)威束縛、有原創(chuàng)思想引領(lǐng)才是保持領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的關(guān)鍵,?！?/p>
此外，業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為,，要對(duì)合成生物學(xué)可能帶來(lái)的負(fù)面影響與國(guó)際同行加強(qiáng)倫理討論,、建立預(yù)警機(jī)制,、完善監(jiān)管制度。生命是大自然的“作品”和生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果,。下一步,，合成生物學(xué)要對(duì)生物種類、生命基因的改動(dòng)設(shè)置明確的“紅色警戒線”,，謹(jǐn)防破壞既有生態(tài)系統(tǒng),、引發(fā)生物安全風(fēng)險(xiǎn)。
