中國科學(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)驗室覃重軍研究團(tuán)隊與合作者在國際上首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞，該成果于北京時間今天，在國際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表。這一成果完全由中國科學(xué)家獨(dú)立完成，是合成生物學(xué)具有里程碑意義的重大突破。

人類能否創(chuàng)造生命？ 2010年，美國科學(xué)家J. Craig Venter和他的科研團(tuán)隊在《科學(xué)》雜志報道了世界上首個“人造生命”——含有全人工化學(xué)合成的與天然染色體序列幾乎相同的原核生物支原體，引起了轟動。

此次，以覃重軍研究組為主的研究團(tuán)隊完成了將單細(xì)胞真核生物釀酒酵母天然的十六條染色體人工創(chuàng)建為具有完整功能的單條染色體。該項工作表明，天然復(fù)雜的生命體系可以通過人工干預(yù)變簡約，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。

生物學(xué)教科書中將自然界存在的生命體分為具有被核膜包裹染色體細(xì)胞核的真核生物和染色體裸露無核膜包裹的原核生物。染色體攜帶了生命體生長與繁殖的遺傳信息，真核生物通常含有線型結(jié)構(gòu)的多條染色體，而原核生物通常含有環(huán)型結(jié)構(gòu)的一條染色體。

覃重軍研究員大膽地假設(shè)真核生物也能像原核生物一樣，用一條線型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”了定制人造單染色體酵母的指導(dǎo)原則以及理性分析、實(shí)驗設(shè)計、工程化推進(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年時間，通過15輪的染色體融合，最終成功創(chuàng)建了只有一條線型染色體的釀酒酵母菌株SY14。

此后，覃重軍研究組進(jìn)一步與各合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗室合作，深入鑒定SY14的代謝、生理和繁殖功能及其染色體的三維結(jié)構(gòu)；發(fā)現(xiàn)雖然人工創(chuàng)建的單條線型染色體的三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，但SY14酵母具有正常的細(xì)胞功能，因此顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因時空表達(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。

該研究成果是通過經(jīng)典分子生物學(xué)“假設(shè)驅(qū)動”與合成生物學(xué)“工程化研究模式”來探索解析生命起源與進(jìn)化中重大基礎(chǔ)科學(xué)問題的一個新范例。將天然復(fù)雜的酵母染色體通過人工改造以全新的簡約化形式表現(xiàn)出來，是繼原核細(xì)菌“人造生命”之后的一個重大突破。

單染色體酵母的“誕生”，連同我國科學(xué)家參與的酵母染色體全人工合成工作，是繼上世紀(jì)六十年代人工合成結(jié)晶牛胰島素和tRNA之后，中國學(xué)者再一次利用合成科學(xué)策略，去回答生命科學(xué)領(lǐng)域一個重大的基礎(chǔ)問題，即建立原核生物與真核生物之間基因組進(jìn)化的橋梁。這是合成生物學(xué)“建物致知”理念的生動體現(xiàn)，為人類對生命本質(zhì)的研究，開辟了新方向。

釀酒酵母是研究染色體異常的重要模型，1/3基因與具有23對染色體的人類基因同源。端粒是線型染色體末端的保護(hù)結(jié)構(gòu)。隨著細(xì)胞分裂次數(shù)的增加，端粒的長度逐漸縮短，當(dāng)端粒變得不能再短時，細(xì)胞就會死亡。人類的過早衰老與染色體的端粒長度直接相關(guān)。

此外，端粒的縮短還與許多疾病相關(guān)，包括基因突變，腫瘤形成等。與天然酵母的32個端粒相比，覃重軍研究團(tuán)隊人工創(chuàng)造的單條線型染色體僅有2個端粒，為研究人類端粒功能及細(xì)胞衰老提供了很好的模型。

不少國外科學(xué)家已對這項研究成果表現(xiàn)出濃厚興趣，有人認(rèn)為在此基礎(chǔ)上可以在創(chuàng)造”超級營養(yǎng)“和”工業(yè)酵母“，大大提高食品和工業(yè)的生產(chǎn)效率。

（看看新聞Knews記者：張幗霞 編輯：曾小真）