近日從天津大學獲悉，天津大學、清華大學、華大基因的中國科學家日前在真核生物基因組設計與化學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計與化學合成，打破了非生命物質與生命的界限，開啟了“設計生命、再造生命和重塑生命”的進程。

突破合成型基因組導致細胞失活的難題，設計構建染色體成環(huán)疾病模型，開發(fā)長染色體分級組裝策略，證明人工設計合成的基因組具有可增加、可刪減的靈活性……中國科學家完成的這些合成生物學領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際頂級學術期刊《科學》上發(fā)表。

基因修飾的酵母已經用來制作疫苗、藥物和特定的化合物，這些新成果的發(fā)表意味著化學物質設計定制酵母生命體成為可能，產物范圍也將被拓展。

天津大學科研團隊在工作中

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

生物學界內最大的劃分依據并不是植物和動物，也不是多細胞和單細胞生物，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簡單，而動物、植物、真菌等等真核生物的DNA既豐富又復雜，通常會包含數億至甚至數十億堿基對信息，同時遺傳物質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胞核的特定區(qū)域。所以，合成一個真核生物的基因組是一項非常艱巨的任務。但是，如果生物學真正做到引領技術革命，合成真核生物基因組技術必將發(fā)揮非常核心的作用。

釀酒酵母是生物學研究中的模式真核單細胞生物。元英進在接受采訪時表示：“化學合成酵母一方面可以幫助人類更深刻地理解一些基礎生物學的問題，另一方面可以通過基因組重排系統(tǒng)(SCRaMbLE)，實現(xiàn)快速進化，得到在醫(yī)藥、能源、環(huán)境、農業(yè)、工業(yè)等領域有重要應用潛力的菌株。”

《科學》期刊封面文章

Sc2.0計劃旨在重新設計并合成釀酒酵母的全部16條染色體(長約12Mb，Mb：百萬堿基對)。2014年Sc2.0已創(chuàng)建了一個單一的人工酵母染色體，這次科學家們共完成了5條染色體的化學合成，其中中國科學家完成了4條，占完成數量的66.7%，把Sc2.0計劃向前推進了一大步，意味著已經成功合成了酵母基因組的約三分之一。元英進帶領的天津大學團隊完成了5號、10號(synV、synX)染色體的化學合成，并開發(fā)了高效的染色體缺陷靶點定位技術和染色體點突變修復技術。戴俊彪研究員帶領清華大學團隊完成了當前已合成染色體中最長的12號染色體(synXII)的全合成。深圳華大基因研究院團隊聯(lián)合英國愛丁堡大學團隊完成了2號染色體(synII)的合成及深度基因型-表型關聯(lián)分析。

同時，Sc2.0計劃國際化的高效運作模式也給國際性大型旗艦項目提供了很好的參考模板，該計劃的實施是基因組編寫計劃的重要基礎。元英進認為，“多國組成大型國際聯(lián)合團隊使突破重大科學問題和技術難題具有必然性，中國的研究者在本次國際計劃中發(fā)揮了舉足輕重的作用。在這個過程中，我們培養(yǎng)了大批具有國際視野的拔尖創(chuàng)新青年人才，中國的基因組設計合成能力也提升到了前所未有的高度。此次國際合作取得的巨大成功將鼓勵更多的中國的學者更積極地參與到大型國際合作項目中去。”

在歷屆合成基因組年度會議上，天津大學均向國際合作聯(lián)盟介紹了自己的項目研究進展。2016年7月，第五屆Sc2.0和合成基因組會議在英國愛丁堡舉行，吳毅和謝澤雄介紹了天津大學化學全合成釀酒酵母染色體的最新研究進展。天津大學合成生物學團隊4名成員積極參與2016年5月舉行的基因組合成閉門會議，加入了“世界合成生物學頂級俱樂部”。

天津大學在國內率先開展合成生物學研究，一直致力于合成生物學前沿領域科學研究。2012年，該校開設了構建人工基因組(BuildAGenome)本科生課程，將國際最前沿科學研究與本科教育相結合。僅2012年就有61名本科生和研究生參加了該課程。用元英進的話來說，就是“實現(xiàn)了高水平科學研究促進高水平人才培養(yǎng)的目標。”謝澤雄和吳毅參與該課程時還是本科生，他們邊進行“構建人工基因組”課程的理論學習，邊“真刀真槍”做科研，逐漸具備了較強的實驗技能、開闊的國際視野，創(chuàng)新能力也得到增強。

這些工作的完成是中國在合成生物學領域取得的突破性成果，進一步奠定了我國在這一領域的國際地位。而背后則是中國的科技工作者“咬定青山不放松，立根原在破巖中”，不懈進行科學探索的精神。天津大學青年教師、國家優(yōu)青獲得者、此次2篇學術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。謝澤雄和吳毅多年來沒有發(fā)表過任何相關文章，這是他們自本科至今發(fā)表的第一篇研究論文。”

然而，用化學物質創(chuàng)造新型生命，生物安全和倫理考量是不得不面對的難關和問題。為此，天津大學2016年成立了生物安全戰(zhàn)略研究中心。作為特色高端智庫，該中心以生物技術安全防護、國際政策與應對、國家生物安全體系建構為研究方向，在生物技術發(fā)展、生物軍控履約、國際法等多領域開展決策咨詢與信息追蹤服務，為國家政策的制定與完善、公約會議的研判與應對提出了決策建議。