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    記者10日從天津大學(xué)獲悉，天津大學(xué)、清華大學(xué)、華大基因的中國(guó)科學(xué)家日前在真核生物基因組設(shè)計(jì)與化學(xué)合成方面取得重大突破，完成了4條真核生物釀酒酵母染色體的從頭設(shè)計(jì)與化學(xué)合成，打破了非生命物質(zhì)與生命的界限，開啟了“設(shè)計(jì)生命、再造生命和重塑生命”的進(jìn)程。

    突破合成型基因組導(dǎo)致細(xì)胞失活的難題，設(shè)計(jì)構(gòu)建染色體成環(huán)疾病模型，開發(fā)長(zhǎng)染色體分級(jí)組裝策略，證明人工設(shè)計(jì)合成的基因組具有可增加、可刪減的靈活性……中國(guó)科學(xué)家完成的這些合成生物學(xué)領(lǐng)域最新研究成果形成了4篇論文，于3月10日以封面的形式在國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》上發(fā)表。

    基因修飾的酵母已經(jīng)用來制作疫苗、藥物和特定的化合物，這些新成果的發(fā)表意味著化學(xué)物質(zhì)設(shè)計(jì)定制酵母生命體成為可能，產(chǎn)物范圍也將被拓展。

    中國(guó)科學(xué)家在真核生物基因組設(shè)計(jì)與合成取得重大突破

天津大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)在工作中

    合成生物學(xué)（SyntheticBiology）是繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測(cè)序計(jì)劃”之后，以基因組設(shè)計(jì)合成為標(biāo)志的第三次生物技術(shù)革命。釀酒酵母基因組合成計(jì)劃（Sc2．0計(jì)劃）是合成基因組學(xué)（Syntheticgenomics）研究的標(biāo)志性國(guó)際合作項(xiàng)目，由美國(guó)科學(xué)院院士杰夫·伯克發(fā)起，有美國(guó)、中國(guó)、英國(guó)、法國(guó)、澳大利亞、新加坡等多國(guó)研究機(jī)構(gòu)參與并分工協(xié)作，致力于設(shè)計(jì)和化學(xué)再造完整的釀酒酵母基因組。該計(jì)劃的國(guó)際化推動(dòng)者及中國(guó)最早參與者，天津大學(xué)化工學(xué)院教授元英進(jìn)此次在《科學(xué)》期刊上以通訊作者身份發(fā)表了2篇論文。

    生物學(xué)界內(nèi)最大的劃分依據(jù)并不是植物和動(dòng)物，也不是多細(xì)胞和單細(xì)胞生物，而是以原核生物和真核生物來區(qū)分。原核生物的基因組相對(duì)簡(jiǎn)單，而動(dòng)物、植物、真菌等等真核生物的DNA既豐富又復(fù)雜，通常會(huì)包含數(shù)億至甚至數(shù)十億堿基對(duì)信息，同時(shí)遺傳物質(zhì)DNA通常被分配到不同的染色體中，而這些染色體又深藏在細(xì)胞核的特定區(qū)域。所以，合成一個(gè)真核生物的基因組是一項(xiàng)非常艱巨的任務(wù)。但是，如果生物學(xué)真正做到引領(lǐng)技術(shù)革命，合成真核生物基因組技術(shù)必將發(fā)揮非常核心的作用。

    釀酒酵母是生物學(xué)研究中的模式真核單細(xì)胞生物。元英進(jìn)在接受采訪時(shí)表示：“化學(xué)合成酵母一方面可以幫助人類更深刻地理解一些基礎(chǔ)生物學(xué)的問題，另一方面可以通過基因組重排系統(tǒng)（SCRaMbLE），實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)化，得到在醫(yī)藥、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用潛力的菌株?！?/span>

    中國(guó)科學(xué)家在真核生物基因組設(shè)計(jì)與合成取得重大突破

    Sc2．0計(jì)劃旨在重新設(shè)計(jì)并合成釀酒酵母的全部16條染色體（長(zhǎng)約12Mb，Mb：百萬堿基對(duì)）。2014年Sc2．0已創(chuàng)建了一個(gè)單一的人工酵母染色體，這次科學(xué)家們共完成了5條染色體的化學(xué)合成，其中中國(guó)科學(xué)家完成了4條，占完成數(shù)量的66．7％，把Sc2．0計(jì)劃向前推進(jìn)了一大步，意味著已經(jīng)成功合成了酵母基因組的約三分之一。元英進(jìn)帶領(lǐng)的天津大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了5號(hào)、10號(hào)（synV、synX）染色體的化學(xué)合成，并開發(fā)了高效的染色體缺陷靶點(diǎn)定位技術(shù)和染色體點(diǎn)突變修復(fù)技術(shù)。戴俊彪研究員帶領(lǐng)清華大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了當(dāng)前已合成染色體中最長(zhǎng)的12號(hào)染色體（synXII）的全合成。深圳華大基因研究院團(tuán)隊(duì)聯(lián)合英國(guó)愛丁堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)完成了2號(hào)染色體（synII）的合成及深度基因型－表型關(guān)聯(lián)分析。

    同時(shí)，Sc2．0計(jì)劃國(guó)際化的高效運(yùn)作模式也給國(guó)際性大型旗艦項(xiàng)目提供了很好的參考模板，該計(jì)劃的實(shí)施是基因組編寫計(jì)劃的重要基礎(chǔ)。元英進(jìn)認(rèn)為，“多國(guó)組成大型國(guó)際聯(lián)合團(tuán)隊(duì)使突破重大科學(xué)問題和技術(shù)難題具有必然性，中國(guó)的研究者在本次國(guó)際計(jì)劃中發(fā)揮了舉足輕重的作用。在這個(gè)過程中，我們培養(yǎng)了大批具有國(guó)際視野的拔尖創(chuàng)新青年人才，中國(guó)的基因組設(shè)計(jì)合成能力也提升到了前所未有的高度。此次國(guó)際合作取得的巨大成功將鼓勵(lì)更多的中國(guó)的學(xué)者更積極地參與到大型國(guó)際合作項(xiàng)目中去?！?/span>

    在歷屆合成基因組年度會(huì)議上，天津大學(xué)均向國(guó)際合作聯(lián)盟介紹了自己的項(xiàng)目研究進(jìn)展。2016年7月，第五屆Sc2．0和合成基因組會(huì)議在英國(guó)愛丁堡舉行，吳毅和謝澤雄介紹了天津大學(xué)化學(xué)全合成釀酒酵母染色體的最新研究進(jìn)展。天津大學(xué)合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)4名成員積極參與2016年5月舉行的基因組合成閉門會(huì)議，加入了“世界合成生物學(xué)頂級(jí)俱樂部”。

    中國(guó)科學(xué)家在真核生物基因組設(shè)計(jì)與合成取得重大突破

    天津大學(xué)在國(guó)內(nèi)率先開展合成生物學(xué)研究，一直致力于合成生物學(xué)前沿領(lǐng)域科學(xué)研究。2012年，該校開設(shè)了構(gòu)建人工基因組（BuildAGenome）本科生課程，將國(guó)際最前沿科學(xué)研究與本科教育相結(jié)合。僅2012年就有61名本科生和研究生參加了該課程。用元英進(jìn)的話來說，就是“實(shí)現(xiàn)了高水平科學(xué)研究促進(jìn)高水平人才培養(yǎng)的目標(biāo)?！敝x澤雄和吳毅參與該課程時(shí)還是本科生，他們邊進(jìn)行“構(gòu)建人工基因組”課程的理論學(xué)習(xí)，邊“真刀真槍”做科研，逐漸具備了較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)技能、開闊的國(guó)際視野，創(chuàng)新能力也得到增強(qiáng)。

    這些工作的完成是中國(guó)在合成生物學(xué)領(lǐng)域取得的突破性成果，進(jìn)一步奠定了我國(guó)在這一領(lǐng)域的國(guó)際地位。而背后則是中國(guó)的科技工作者“咬定青山不放松，立根原在破巖中”，不懈進(jìn)行科學(xué)探索的精神。天津大學(xué)青年教師、國(guó)家優(yōu)青獲得者、此次2篇學(xué)術(shù)論文的共同第一作者李炳志深有感觸，“科技工作者要耐得住寂寞，坐得住冷板凳，用‘十年磨一劍’的勁頭來治學(xué)。謝澤雄和吳毅多年來沒有發(fā)表過任何相關(guān)文章，這是他們自本科至今發(fā)表的第一篇研究論文?！?/span>

    然而，用化學(xué)物質(zhì)創(chuàng)造新型生命，生物安全和倫理考量是不得不面對(duì)的難關(guān)和問題。為此，天津大學(xué)2016年成立了生物安全戰(zhàn)略研究中心。作為特色高端智庫(kù)，該中心以生物技術(shù)安全防護(hù)、國(guó)際政策與應(yīng)對(duì)、國(guó)家生物安全體系建構(gòu)為研究方向，在生物技術(shù)發(fā)展、生物軍控履約、國(guó)際法等多領(lǐng)域開展決策咨詢與信息追蹤服務(wù)，為國(guó)家政策的制定與完善、公約會(huì)議的研判與應(yīng)對(duì)提出了決策建議。