[科普中國(guó)]-人工合成酵母基因組計(jì)劃完成過半

“人工合成酵母基因組計(jì)劃”研究人員９日宣布，他們又完成了真核生物釀酒酵母５條染色體的從頭設(shè)計(jì)與全合成工作，且分析顯示全合成染色體具備完整的生命活性。至此，這一項(xiàng)目的進(jìn)程已經(jīng)過半，科學(xué)家在合成復(fù)雜人工生命的道路上取得了重大進(jìn)展。

最新研究成果當(dāng)天以７篇論文的?？胺饷嫖恼滦问皆诿绹?guó)《科學(xué)》雜志上發(fā)表。

“人工合成酵母基因組計(jì)劃”是人類首次嘗試改造并從頭合成真核生物，旨在重新設(shè)計(jì)并合成釀酒酵母的全部１６條染色體，其中最小一條已于２０１４年宣布完成。由于染色體有大有小，已設(shè)計(jì)并合成的染色體條數(shù)雖不及總數(shù)的一半，但整體工作量已經(jīng)過半。

該項(xiàng)目由美國(guó)國(guó)家科學(xué)院院士杰夫·伯克發(fā)起，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，希望通過對(duì)釀酒酵母的改造，更加透徹地了解機(jī)體的生物學(xué)機(jī)制、生物學(xué)反應(yīng)、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性、進(jìn)化過程等，從而更好地解決人類面臨的身體健康、能源短缺、環(huán)境污染等問題。

在最新發(fā)布的成果中，中國(guó)科學(xué)家領(lǐng)銜完成了５條染色體中的４條。其中，天津大學(xué)元英進(jìn)教授帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)完成了５號(hào)、１０號(hào)染色體的化學(xué)合成，并開發(fā)了高效的染色體點(diǎn)突變修復(fù)技術(shù)。清華大學(xué)戴俊彪研究員帶領(lǐng)的團(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)染色體的合成及有關(guān)分析。

元英進(jìn)此次以唯一通訊作者身份發(fā)表了２篇論文。他在一份聲明中說(shuō)：“作為真核生物的重要模式生物，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)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。”

華大基因與愛丁堡大學(xué)共同完成２號(hào)染色體的從頭設(shè)計(jì)與全合成，并成功將其導(dǎo)入酵母細(xì)胞。合成酵母菌株展現(xiàn)出與野生型高度相似的生命活性。他們的分析還表明，人工設(shè)計(jì)合成的釀酒酵母基因組具有可增加、可刪減的高度靈活性。

項(xiàng)目國(guó)際協(xié)調(diào)人、英國(guó)愛丁堡大學(xué)團(tuán)隊(duì)帶頭人蔡毅之教授對(duì)新華社記者說(shuō)，他們的工作是邁向設(shè)計(jì)并合成復(fù)雜人工生命目標(biāo)的一大步。簡(jiǎn)單來(lái)講，就好像重新設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)，但沒有改變屏幕、鼠標(biāo)等硬件。

２０１０年，美國(guó)科學(xué)家克雷格·文特爾曾宣布，以支原體基因組為模板，培育出第一個(gè)由人工合成基因組控制的細(xì)胞，引起廣泛關(guān)注。蔡毅之說(shuō)，他們工作的復(fù)雜性遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過文特爾的工作。文特爾單槍匹馬獨(dú)自做，基本上是復(fù)制支原體基因組，成果并不開源；而他們是國(guó)際合作，從頭設(shè)計(jì)酵母染色體，有許多編輯刪改工作，成果對(duì)所有人開放。

蔡毅之還透露，最新發(fā)布的論文是２０１５年投寄的，他們目前實(shí)際上已經(jīng)完成了７０％的酵母染色體設(shè)計(jì)及合成工作，預(yù)計(jì)接下來(lái)一兩年就能完成整個(gè)項(xiàng)目，“這是一個(gè)將來(lái)會(huì)進(jìn)入教科書的里程碑式工作”。