目前，科學(xué)家們試圖通過基因組的閱讀、解讀以及重新設(shè)計，從“讀懂生命”邁向“再造生命”。3月11日，深圳華大基因研究院、深圳國家基因庫和天津大學(xué)在深圳共同舉辦酵母基因組人工合成項目（Sc2.0 Project）（以下簡稱“項目”）重大成果新聞發(fā)布會。項目國際協(xié)作組宣布完成2號、5號、6號、10號和12號這5條染色體的從頭設(shè)計與全合成，并從多個方面進(jìn)行了深入分析，最終獲得與普通酵母菌高度一致的人工合成酵母菌。

　　“項目實施促進(jìn)了我們對酵母和基因組的認(rèn)知，讓我們更加透徹地了解機(jī)體的生物學(xué)機(jī)制、生物學(xué)反應(yīng)及進(jìn)化過程等，對解決人類生存面臨的能源短缺、環(huán)境污染等問題有重要意義。”項目組相關(guān)負(fù)責(zé)人說。

　　據(jù)悉，項目為“基因組合成2020計劃”重大目標(biāo)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，2020年前有望合成第一個人造動物線蟲、第一種人造植物擬蘭芥。

　　基因組合成如同“搭積木”

　　21世紀(jì)才誕生的生物學(xué)界前沿科學(xué)——合成生物學(xué)，一直備受矚目。將“基因”連接成網(wǎng)絡(luò)，讓細(xì)胞來完成設(shè)計人員設(shè)想的各種任務(wù)，是這一學(xué)科的終極目標(biāo)?！叭斯ぴ僭焐w”酵母基因組人工合成項目成果的發(fā)布，意味著科學(xué)界離這一目標(biāo)更近一步。該重量級成果于10日在國際頂尖權(quán)威雜志Science以封面、?？问酵瑫r發(fā)表7篇論文。

　　釀酒酵母作為真核生物，有16條染色體，長久以來，在真核模式的生物中對于酵母的研究最為廣泛。“酵母基因組人工合成項目”成立的初衷便是實現(xiàn)人工合成真核生物釀酒酵母的全部染色體（1400萬個堿基，大小約為人基因組的0.5%），即實現(xiàn)酵母生命源代碼的完全人工編寫與合成。

　　項目負(fù)責(zé)人解釋：“我們使用電腦程序設(shè)計和編寫了酵母的遺傳信息，并做出一些修改，使其與普通的酵母菌有所不同。然后通過化學(xué)合成的方式將這些遺傳信息以DNA的形式合成出來，放入到酵母里面替代原來的DNA.這樣，這個酵母的所有生命活動都變成了由人工設(shè)計合成的DNA控制，而非天然的DNA，成為一種人造生命體。”

　　染色體究竟是如何設(shè)計與合成的？“與其從染色體的一端開始一步步構(gòu)建，不如多進(jìn)程、多角度同時構(gòu)建。”深圳國家基因庫合成與編輯平臺負(fù)責(zé)人沈玥是2號染色體文章的第一作者，她將基因組人工合成比喻為“搭積木”，“如同高架橋建設(shè)一樣，我們搭好了架子，每一個需要合成構(gòu)建的小模塊都在同時進(jìn)行，當(dāng)所有模塊完成后，我們只需要一個高效拼接各模塊的方法即可”。

　　國際科研項目中的深圳力量

　　該項目是繼支原體基因組合成項目后，合成基因組學(xué)領(lǐng)域的又一重大標(biāo)志性國際合作項目，由美國發(fā)起，中國、英國等國家的多個研究機(jī)構(gòu)共同協(xié)作。在這項世界性的重大科研項目中，深圳力量不容小覷。

　　華大基因作為中國的代表團(tuán)隊之一，主導(dǎo)了2號染色體的從頭設(shè)計與全合成。在設(shè)計中，華大基因團(tuán)隊簡化了原有的基因組，設(shè)計了許多特殊的“元件”，增加了人工設(shè)計的“開關(guān)”，簡化了編碼，充分展現(xiàn)人類對于基因組編寫能力已接近于計算機(jī)語言的可用性。

　　國家基因庫在該項目中也扮演重要角色。深圳國家基因庫執(zhí)行主任徐訊指出，合成生物學(xué)是國家基因庫構(gòu)建的“三庫兩平臺”中的“寫”平臺，目前已初具規(guī)模。而人工酵母染色體的合成是此平臺發(fā)展中的標(biāo)志性成果和重要突破，為“基因組合成2020計劃”重大目標(biāo)的實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。

　　徐訊在新聞發(fā)布會上宣布，“基因組合成2020計劃”將在2020年前完成四大突破，包括第一個人造動物線蟲、第一種人造植物擬蘭芥、第一條人源21號染色體、一萬種人工噬菌體的合成。

　　“從認(rèn)識自然到根據(jù)自然的規(guī)律重新設(shè)計自然，從基因組的閱讀、解讀到重新設(shè)計，即在基因組的編寫上，此項目是人類認(rèn)識自然的歷史上的一個重大突破，也再次彰顯了中國科學(xué)家在科學(xué)發(fā)展和人類社會進(jìn)步中的重要作用。”中科院院士、華大基因理事長楊煥明說。

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　　人造酵母有何意義？

　　項目組負(fù)責(zé)人告訴記者，從科學(xué)理論上來看，人工設(shè)計與合成酵母基因組及其后續(xù)開展基因組快速演化研究，不僅可實現(xiàn)對酵母全基因組功能研究，而且通過基因組隨機(jī)變化產(chǎn)生的酵母菌庫，為研究酵母演化史提供了大量的素材。

　　楊煥明表示，每一種動物、植物的成分用酵母都可以生產(chǎn)。酵母在生物采樣、藥品的生產(chǎn)方面同樣十分重要，再加上3D打印機(jī)，未來農(nóng)業(yè)發(fā)酵都可以用酵母來生產(chǎn)。如原來用細(xì)菌生產(chǎn)的味精、維生素等已經(jīng)開始用酵母來生產(chǎn)，這對綠色農(nóng)業(yè)將帶來巨大的影響。“在研究過程中我們發(fā)現(xiàn)生命的現(xiàn)象和人類是相似的，酵母的研究也就是對人類健康的研究，這些都可以反映酵母本身的價值。”

　　記者了解到，未來，項目組將會繼續(xù)完成剩余染色體的設(shè)計合成，然后將所有的人工設(shè)計合成的染色體放到同一個酵母細(xì)胞里面，實現(xiàn)基因組水平上完完全全的人造酵母。

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