發(fā)布日期：2018-08-07
據(jù)新華社上海8月2日電 1965年，我國(guó)科學(xué)家在世界上首次人工合成出與天然分子化學(xué)結(jié)構(gòu)相同、有完整生物活性的蛋白質(zhì)——結(jié)晶牛胰島素，開辟了人工合成蛋白質(zhì)的時(shí)代。
50多年后的今天，我國(guó)科學(xué)家在最新一期國(guó)際科學(xué)期刊《自然》上發(fā)表論文，宣布首次人工創(chuàng)造出有生命活性的單染色體真核細(xì)胞，開啟了合成生物學(xué)研究的新時(shí)代。
人類能否創(chuàng)造生命
在我們的潛意識(shí)里，只要是人造的東西都是沒有生命的。人類真能“創(chuàng)造”出生命嗎？
1996年，克隆羊“多利”誕生。然而，科學(xué)共同體認(rèn)為，克隆僅僅是“復(fù)制”了已有的生命體，還不是真正意義上的“創(chuàng)造”。人造生命，應(yīng)該是利用生命體性狀由遺傳基因決定的原理，通過(guò)人工設(shè)計(jì)并合成新的遺傳基因，“從頭到腳”創(chuàng)造與地球現(xiàn)有生命體均不同的全新生命體。
因此，從這個(gè)意義上講，“100％人造生命”還遠(yuǎn)未出現(xiàn)。但我國(guó)科學(xué)家的最新研究成果足以稱得上這條“長(zhǎng)征路”上的重要突破，意義非凡。
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)室覃重軍團(tuán)隊(duì)以釀酒酵母為實(shí)驗(yàn)對(duì)象，使用CRISPR－Cas9基因編輯技術(shù)對(duì)釀酒酵母16條染色體的全基因組進(jìn)行了大規(guī)模修剪、重新排列，最終“創(chuàng)造”了將幾乎所有遺傳信息融合進(jìn)1條超長(zhǎng)線型染色體的酵母細(xì)胞。“體檢報(bào)告”表明，雖然動(dòng)了“大手術(shù)”，但“全新版”酵母細(xì)胞的生長(zhǎng)、功能和基因表達(dá)均與天然酵母相似。
中科院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院研究員戴俊彪認(rèn)為，這一結(jié)果表明，自然進(jìn)化而成的現(xiàn)有真核生物（至少釀酒酵母）染色體數(shù)目與功能之間并不存在直接的決定關(guān)系，染色體的數(shù)目可以進(jìn)行人為改變，同時(shí)對(duì)細(xì)胞生長(zhǎng)不造成顯著的影響。這顛覆了“染色體的天然三維結(jié)構(gòu)決定基因表達(dá)”的傳統(tǒng)觀念。
與前人對(duì)單個(gè)染色體或一條長(zhǎng)鏈DNA進(jìn)行小修、小補(bǔ)、小合成不同的是，業(yè)內(nèi)專家認(rèn)為，該成果實(shí)現(xiàn)了對(duì)一個(gè)物種的染色體數(shù)目進(jìn)行系統(tǒng)和大規(guī)模改造，最終實(shí)現(xiàn)“人造”自然界中不存在的全新生命。
“16合1”目的何在
在生物教科書中，自然界中的生命體按細(xì)胞結(jié)構(gòu)劃分，可分為真核生物和原核生物。真核生物細(xì)胞通常有多條線型染色體，原核生物細(xì)胞一般有1條環(huán)型染色體。面包發(fā)酵和釀酒過(guò)程中使用的酵母是生物研究中最常使用的典型真核生物。
2013年5月8日，覃重軍大膽猜想，真核細(xì)胞與原核細(xì)胞的劃分并非“涇渭分明”，二者完全可以相互跨越。即真核細(xì)胞也可以改造成1條線型、甚至是環(huán)型的染色體，裝載所有遺傳物質(zhì)、完成正常細(xì)胞功能。于是這一天，他將自己的猜想寫進(jìn)了筆記本。
隨后，2016年10月，團(tuán)隊(duì)成功合成出第一個(gè)單染色體真核酵母細(xì)胞，而后都在對(duì)其進(jìn)行“系統(tǒng)體檢”。
自然科研機(jī)構(gòu)中國(guó)區(qū)總監(jiān)保羅·埃文斯說(shuō)，盡管融合操作顯著改變了三維染色體結(jié)構(gòu)，但經(jīng)證實(shí)，改造后的酵母細(xì)胞出乎意料地穩(wěn)健，在不同的培養(yǎng)條件下，沒有表現(xiàn)出重大的生長(zhǎng)缺陷。
“天然酵母染色體的遺傳基因有許多重復(fù)序列，這增加了細(xì)胞的不穩(wěn)定性，容易導(dǎo)致突變或變異。而我們創(chuàng)造的全新酵母細(xì)胞刪除了這些重復(fù)序列，化繁為簡(jiǎn)。”覃重軍說(shuō)。
他透露，將酵母染色體數(shù)量“16合1”的最終目的是發(fā)現(xiàn)自然界中復(fù)雜現(xiàn)象背后的規(guī)律內(nèi)核，最終用于治療人類疾病。“在保證細(xì)胞正常存活的前提下，染色體數(shù)目簡(jiǎn)化得越多，越容易更精準(zhǔn)地找到生命體的遺傳密碼到底哪些可變、哪些不可變。”
未來(lái)某一天，人類會(huì)不會(huì)創(chuàng)造出比自身更強(qiáng)大的生命？覃重軍表示，目前人類對(duì)生命基因組遺傳密碼的運(yùn)轉(zhuǎn)機(jī)制所知甚少。“目前，我們處在簡(jiǎn)單模仿自然的水平，真的去創(chuàng)造尤其是脫離大自然的‘藍(lán)本’去創(chuàng)造幾乎不可能，所以距離‘100％人造生命’還差得很遠(yuǎn)。”
大手筆改造酵母染色體基因組的過(guò)程中，覃重軍深深感慨于自然的神奇。“微生物的變化非?？?，你稍做改動(dòng)，大自然就會(huì)以完全嘲笑人類理解能力的方式，變化出更多可能。”酵母1/3基因與人類同源，人造單染色體真核酵母細(xì)胞的誕生為研究人類染色體異常疾病提供了重要模型。
合成生物學(xué)“推倒重來(lái)”
人造生命對(duì)應(yīng)的學(xué)科叫合成生物學(xué)。如果說(shuō)基因編輯還是對(duì)生命遺傳物質(zhì)的“小修小改”，那么合成生物學(xué)則是“推倒重來(lái)”。
本世紀(jì)初，合成生物學(xué)在基因組學(xué)、系統(tǒng)生物學(xué)、工程學(xué)等多學(xué)科基礎(chǔ)上逐漸形成。經(jīng)過(guò)多年不懈努力，我國(guó)已形成初具規(guī)模的合成生物學(xué)基礎(chǔ)科學(xué)研究、技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品開發(fā)團(tuán)隊(duì)，一大批重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和研究中心相繼建立。
2017年3月，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》以封面文章形式發(fā)表了美、中、英等多國(guó)科研機(jī)構(gòu)共同參與的“人工合成酵母染色體項(xiàng)目”的部分成果，他們用化學(xué)方法合成了5條酵母染色體，其中，中國(guó)科學(xué)家合成了4條，相比“人類基因組計(jì)劃”中國(guó)科學(xué)家所承擔(dān)的1％基因測(cè)序有了大幅進(jìn)步。
此次成果不僅完全由中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立完成，而且在去年前人的工作基礎(chǔ)上又邁出了一大步。接下來(lái)，合成生物學(xué)如何邁入新時(shí)代？覃重軍認(rèn)為，“思想上大膽創(chuàng)新＋工程上精細(xì)實(shí)施”，是未來(lái)中國(guó)合成生物學(xué)取得重大突破不可缺少的兩大因素。
此外，業(yè)內(nèi)專家一致認(rèn)為，要對(duì)合成生物學(xué)可能帶來(lái)的負(fù)面影響與國(guó)際同行加強(qiáng)倫理討論、建立預(yù)警機(jī)制、完善監(jiān)管制度。生命是大自然的“作品”和生物長(zhǎng)期進(jìn)化的結(jié)果。下一步，合成生物學(xué)要對(duì)生物種類、生命基因的改動(dòng)設(shè)置明確的“紅色警戒線”，謹(jǐn)防破壞既有生態(tài)系統(tǒng)、引發(fā)生物安全風(fēng)險(xiǎn)。
來(lái)源：新華社
