酵母基因組人工合成項(xiàng)目成果在深發(fā)布
目前,，科學(xué)家們?cè)噲D通過基因組的閱讀,、解讀以及重新設(shè)計(jì)，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(guó)家基因庫(kù)和天津大學(xué)在深圳共同舉辦酵母基因組人工合成項(xiàng)目（Sc2.0 Project）（以下簡(jiǎn)稱“項(xiàng)目”）重大成果新聞發(fā)布會(huì),。項(xiàng)目國(guó)際協(xié)作組宣布完成2號(hào),、5號(hào)、6號(hào),、10號(hào)和12號(hào)這5條染色體的從頭設(shè)計(jì)與全合成,，并從多個(gè)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(xiàng)目實(shí)施促進(jìn)了我們對(duì)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(duì)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?！表?xiàng)目組相關(guān)負(fù)責(zé)人說,。
據(jù)悉，項(xiàng)目為“基因組合成2020計(jì)劃”重大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ),，2020年前有望合成第一個(gè)人造動(dòng)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(lái)完成設(shè)計(jì)人員設(shè)想的各種任務(wù),，是這一學(xué)科的終極目標(biāo),。“人工再造生命體”酵母基因組人工合成項(xiàng)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(jí)成果于10日在國(guó)際頂尖權(quán)威雜志Science以封面、?？问酵瑫r(shí)發(fā)表7篇論文,。
釀酒酵母作為真核生物，有16條染色體,，長(zhǎng)久以來(lái),，在真核模式的生物中對(duì)于酵母的研究最為廣泛,。“酵母基因組人工合成項(xiàng)目”成立的初衷便是實(shí)現(xiàn)人工合成真核生物釀酒酵母的全部染色體（1400萬(wàn)個(gè)堿基,，大小約為人基因組的0.5%）,，即實(shí)現(xiàn)酵母生命源代碼的完全人工編寫與合成。
項(xiàng)目負(fù)責(zé)人解釋：“我們使用電腦程序設(shè)計(jì)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(lái),，放入到酵母里面替代原來(lái)的DNA.這樣，這個(gè)酵母的所有生命活動(dòng)都變成了由人工設(shè)計(jì)合成的DNA控制,，而非天然的DNA,，成為一種人造生命體?！?/p>
染色體究竟是如何設(shè)計(jì)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(shí)構(gòu)建,。”深圳國(guó)家基因庫(kù)合成與編輯平臺(tái)負(fù)責(zé)人沈玥是2號(hào)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(gè)需要合成構(gòu)建的小模塊都在同時(shí)進(jìn)行,，當(dāng)所有模塊完成后，我們只需要一個(gè)高效拼接各模塊的方法即可”,。
國(guó)際科研項(xiàng)目中的深圳力量
該項(xiàng)目是繼支原體基因組合成項(xiàng)目后,，合成基因組學(xué)領(lǐng)域的又一重大標(biāo)志性國(guó)際合作項(xiàng)目，由美國(guó)發(fā)起,，中國(guó),、英國(guó)等國(guó)家的多個(gè)研究機(jī)構(gòu)共同協(xié)作。在這項(xiàng)世界性的重大科研項(xiàng)目中,，深圳力量不容小覷,。
華大基因作為中國(guó)的代表團(tuán)隊(duì)之一，主導(dǎo)了2號(hào)染色體的從頭設(shè)計(jì)與全合成,。在設(shè)計(jì)中,，華大基因團(tuán)隊(duì)簡(jiǎn)化了原有的基因組，設(shè)計(jì)了許多特殊的“元件”,，增加了人工設(shè)計(jì)的“開關(guān)”,，簡(jiǎn)化了編碼,，充分展現(xiàn)人類對(duì)于基因組編寫能力已接近于計(jì)算機(jī)語(yǔ)言的可用性。
國(guó)家基因庫(kù)在該項(xiàng)目中也扮演重要角色,。深圳國(guó)家基因庫(kù)執(zhí)行主任徐訊指出,，合成生物學(xué)是國(guó)家基因庫(kù)構(gòu)建的“三庫(kù)兩平臺(tái)”中的“寫”平臺(tái)，目前已初具規(guī)模,。而人工酵母染色體的合成是此平臺(tái)發(fā)展中的標(biāo)志性成果和重要突破,，為“基因組合成2020計(jì)劃”重大目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。
徐訊在新聞發(fā)布會(huì)上宣布,，“基因組合成2020計(jì)劃”將在2020年前完成四大突破,，包括第一個(gè)人造動(dòng)物線蟲、第一種人造植物擬蘭芥,、第一條人源21號(hào)染色體,、一萬(wàn)種人工噬菌體的合成。
“從認(rèn)識(shí)自然到根據(jù)自然的規(guī)律重新設(shè)計(jì)自然,，從基因組的閱讀,、解讀到重新設(shè)計(jì)，即在基因組的編寫上,，此項(xiàng)目是人類認(rèn)識(shí)自然的歷史上的一個(gè)重大突破,，也再次彰顯了中國(guó)科學(xué)家在科學(xué)發(fā)展和人類社會(huì)進(jìn)步中的重要作用?！敝锌圃涸菏?、華大基因理事長(zhǎng)楊煥明說。
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人造酵母有何意義,？
項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人告訴記者,，從科學(xué)理論上來(lái)看，人工設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)對(duì)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(kù)，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(dòng)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(lái)農(nóng)業(yè)發(fā)酵都可以用酵母來(lái)生產(chǎn),。如原來(lái)用細(xì)菌生產(chǎn)的味精、維生素等已經(jīng)開始用酵母來(lái)生產(chǎn),，這對(duì)綠色農(nóng)業(yè)將帶來(lái)巨大的影響,?！霸谘芯窟^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(duì)人類健康的研究,，這些都可以反映酵母本身的價(jià)值,。”
記者了解到,，未來(lái),，項(xiàng)目組將會(huì)繼續(xù)完成剩余染色體的設(shè)計(jì)合成，然后將所有的人工設(shè)計(jì)合成的染色體放到同一個(gè)酵母細(xì)胞里面,，實(shí)現(xiàn)基因組水平上完完全全的人造酵母,。
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