中國(guó)“創(chuàng)造”世界首例單條染色體真核細(xì)胞

覃重軍團(tuán)隊(duì)及學(xué)生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)（7月31日攝）。中科院研究團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞，是繼原核細(xì)菌“人造生命”之后的一個(gè)重大突破。北京時(shí)間8月2日，該成果在國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。 新華社記者 丁汀 攝

人類能否創(chuàng)造生命？2010年，美國(guó)科學(xué)家J.Craig Venter和他的科研團(tuán)隊(duì)在《科學(xué)》雜志報(bào)道了世界上首個(gè)“人造生命”——含有化學(xué)人工全合成的與天然序列幾乎相同的染色體的原核生物支原體，引起了全世界轟動(dòng)。記者今天獲悉，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室覃重軍研究團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)際上首次完成了將真核釀酒酵母天然的16條染色體人工創(chuàng)造為有功能的單條巨大染色體。該項(xiàng)工作表明，天然復(fù)雜的生命體系也可以通過(guò)“人造”變簡(jiǎn)約，自然生命的界限可以被人為打破，甚至可以人工創(chuàng)造全新的自然界不存在的生命。該成果于北京時(shí)間8月2日在國(guó)際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表，是“人造生命”領(lǐng)域具有里程碑意義的重大科技突破。

8月2日，中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所研究員覃重軍在發(fā)布會(huì)上解讀研究成果。

生物學(xué)教科書中將自然界存在的生命體分為真核生物和原核生物。染色體攜帶了生命體生長(zhǎng)與繁殖的遺傳信息，真核生物通常含有線型結(jié)構(gòu)的多條染色體，比如人類有23對(duì)染色體，而原核生物通常含有環(huán)型結(jié)構(gòu)的一條染色體。對(duì)此，覃重軍研究員有不一樣的想法，他大膽假設(shè)真核生物也能像原核生物一樣，用一條線型甚至是一條環(huán)型的染色體裝載所有遺傳物質(zhì)并完成正常的細(xì)胞功能。在“大膽猜想”之后，他與薛小莉副研究員“工程化精準(zhǔn)設(shè)計(jì)”制定了人造酵母染色體的指導(dǎo)原則、理性分析與詳細(xì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工程化高效推進(jìn)的總體方案，博士生邵洋洋從2013年開始嘗試并發(fā)展高效的染色體操作方法。歷經(jīng)4年時(shí)間，通過(guò)15輪染色體融合，成功將天然釀酒酵母單倍體細(xì)胞的16條染色體融合為1條，染色體“16合1”后的釀酒酵母菌株被命名為SY14。覃重軍研究團(tuán)隊(duì)與中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周金秋研究員、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙國(guó)屏院士、武漢菲沙基因信息有限公司及軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院趙志虎研究員等團(tuán)隊(duì)合作，發(fā)現(xiàn)雖然人工合成的單條線型染色體酵母細(xì)胞的染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，但卻具有正常的細(xì)胞功能，顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因時(shí)空表達(dá)的傳統(tǒng)觀念，揭示了染色體三維結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生命功能的全新關(guān)系。

該研究成果首次通過(guò)經(jīng)典分子生物學(xué)“假設(shè)驅(qū)動(dòng)”與合成生物學(xué)“工程化”方法來(lái)探索解析生命起源與進(jìn)化中的重大基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題。覃重軍認(rèn)為，合成生物學(xué)的目標(biāo)是“重構(gòu)簡(jiǎn)小化、模塊化、定量化、最優(yōu)化的基因組”。在“人造生命”領(lǐng)域的思想、理論、工程和技術(shù)等方面勇于創(chuàng)新、大膽實(shí)踐，將天然復(fù)雜的生命形式通過(guò)人工改造以全新的簡(jiǎn)約化的形式表現(xiàn)出來(lái)，實(shí)現(xiàn)“人造”全新生命。單染色體真核細(xì)胞的“誕生”打破了教科書中原核生物與真核生物的界限。

在中科院分子植物卓越中心／植生生態(tài)所內(nèi)，覃重軍團(tuán)隊(duì)成員在電子顯微鏡前觀察單條染色體真核細(xì)胞形態(tài)（7月31日攝）。

　　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)拍攝的單條染色體真核酵母（7月31日攝）。

記者了解到，釀酒酵母三分之一基因與人類基因同源。人類的過(guò)早衰老與染色體的端粒長(zhǎng)度直接相關(guān)，端粒的縮短還與許多疾病相關(guān)。與天然酵母的32個(gè)端粒相比，SY14酵母的單條線型染色體僅有2個(gè)端粒，為研究人類端粒功能及細(xì)胞衰老提供了很好的模型。周金秋副所長(zhǎng)提到，如果能將癌細(xì)胞的端粒變短，便可以在癌癥方面取得重大突破。覃重軍稱，以后將會(huì)運(yùn)用該單染色體細(xì)胞平臺(tái)著手以上疾病方面的研究。自然科研中國(guó)區(qū)總監(jiān)保羅·埃文斯稱：“這些酵母菌株也可稱為研究染色體生物學(xué)基本概念的強(qiáng)大資源，這些概念包括染色體的復(fù)制、重組和分離，這些都是生物學(xué)領(lǐng)域長(zhǎng)期以來(lái)十分重要的主題。”

覃重軍研究團(tuán)隊(duì)人工創(chuàng)造的單條線型染色體真核細(xì)胞將對(duì)未來(lái)合成生物學(xué)的研究造成深遠(yuǎn)影響。融合染色體酵母菌株對(duì)生物學(xué)基本概念研究具有巨大的意義，并且可以基于此建立人類染色體端粒與細(xì)胞衰老、腫瘤形成的模型。覃重軍認(rèn)為合成生物學(xué)精確、高效的科學(xué)理念和大膽假設(shè)的勇氣是成功的關(guān)鍵。中國(guó)科學(xué)家再次利用合成生物學(xué)技術(shù)回答了生命科學(xué)一個(gè)重大的基礎(chǔ)問(wèn)題，他們打開了“生命的大門”，為生命科學(xué)的研究開辟了一條嶄新的道路。光明日?qǐng)?bào)上海8月2日電（記者顏維琦、 齊芳 通訊員黎子承）