我國人工合成酵母染色體 開啟生命新紀元

人工合成酵母染色體，意義何在?

曾參與人類基因組測序計劃的華大基因理事長楊煥明院士介紹說，合成生物學(Synthetic Biology)是繼“DNA雙螺旋發現”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。他指出，生物學界內最重要的分類依據，既不是植物和動物，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分。“細菌、病毒等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基因(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，作為遺傳物質的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揮非常核心的作用。”

為完成設計和化學再造完整的釀酒酵母基因組，國際科學界發起了釀酒酵母基因組合成計劃(Sc2.0計劃)，這是合成基因組學(Synthetic genomics)研究的標志性國際合作項目。該項目由美國科學院院士杰夫·伯克發起，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作，試圖重新設計并合成釀酒酵母的全部16條染色體(長約12Mb，1Mb是百萬堿基對)。

天津大學化工學院教授元英進是最早參與該計劃的中國科學家，此次在《科學》期刊上以通訊作者身份發表了2篇論文。他告訴記者，如同科學實驗中經常使用的果蠅、斑馬魚，釀酒酵母是生物學研究中的“模式真核單細胞生物”。“如果說病毒基因組的合成開啟了基因組化學合成研究，那么原核生物和真核生物基因組合成研究的不斷突破，則初步實現了化學全合成基因組對單細胞原核生物和真核生物的生命調控。“釀酒酵母是第一個被全基因組測序的真核生物，大尺度的設計和重建酵母基因組是對目前酵母領域知識貯備的真實性、完整性和準確性的一個直接考驗。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，使酵母實現快速進化，得到在醫藥、能源、環境、農業、工業等領域有重要應用潛力的菌株。”