中国人工合成生命里程碑：创建全球首例人造单染色体真核细胞

（原问题：中国人工合成生命里程碑：建设环球首例人造单染色体真核细胞）

汹涌消息记者 贺梨萍

人类可否缔造生命？“天主”的特权可否交由人类本身掌控？

北京时刻8月2日破晓，国际顶级学术期刊《天然》（Nature）同时在线颁发了2篇将酵母染色体融合的成就。个中一篇来自酵母染色体人工合陋习模“宿将”、美国科学院院士、纽约大学医学院传授杰夫?博克（Jef Boeke）团队，另一篇则来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物心理生态研究所合成生物学重点尝试室覃重军研究团队及其相助者。

中国研究成就的通信作者之一、植物心理生态研究所研究员、中国科学院院士赵国屏对汹涌消息（www.thepaper.cn）暗示，“这是继上世纪六十年月人工合成胰岛素和tRNA之后，中国粹者再一次用合成科学的要领，答复了一个生命科学规模异常基本而重大的题目。”

基因组层面上化学合成生命的大门在2010年正式开启。昔时，曾领衔人类基因组打算的美国科学家克莱格?文特尔（J. Craig Venter）及其团队在《科学》（Science）杂志报道了天下上首个“人造生命”——含有全人工化学合成的与自然染色体序列险些沟通的原核生物支原体，引起惊动。

2014年开始，美国、中国、英国、法国的研究团队将“人造生命”的方针从原核细菌跳跃至真核的酵母。制止2017年3月，已果真颁发的成就表现，酵母的16条染色体已人工合成了6条。凭证打算，科学家们将于2018年年底完玉成部16条染色体的合成。

基于酵母可被人工计划的成熟度越来越高，环绕其睁开的研究课题也逐渐多元化。

值得一提的是，由中国科学家独立完成的这项研究，是在国际上初次人工建设了单条染色体的真核细胞。同期颁发的杰夫?博克团队成就则最终只能将16条酵母染色体融合至2条，尽量颠末尾许多次的实行，杰夫?博克团队始终无法得到存活的、仅有一条染色体的细胞。

中科院深圳先辈技能研究院合成生物学研究所（筹）副所长、深圳市合成生物学协会常务副会长戴俊彪在接管汹涌消息采访时对研究成就点评道，“这是人类初次通过尝试本领，实现对一个物种的染色体数量举办体系和大局限的改革。”戴俊彪未参加此项研究。

戴俊彪暗示，包罗杰夫?博克团队在内的两篇论文的研究功效均表白，天然进化而成的现有真核生物（至少酿酒酵母）染色体数量与成果之间并不存在直接的抉择相关，染色体的数量可以举办工钱的改变，同时对细胞发展不造成明显的影响。

斗胆意料：1条线型染色体装载全部遗传物质

在天然界漫长的进化进程中，差异生命体逐渐形成了自身特有的基因组，包罗相对较为不变的DNA序列和牢靠的染色体数量。

染色体携带了生命体发展与繁殖的遗传信息。染色体裸露无核膜包裹的原核生物凡是含有环型布局的一条染色体，而染色体细胞核被核膜包裹的真核生物中，除了雄性杰克跳蚁（Myrmecia pilosula）只含一条染色体，其他全部已知的真核生物都包括数量不等的多条染色体。

然而，一些根基的生物学题目，譬喻染色体数量是否与生物的成果具有相干性？以及染色体的数量是否具有可变性？相对付单个染色体，多个染色体对付真核细胞有何上风？限于技能的障碍，这些从未可以或许举办尝试验证。

2008年，赵国屏参加中科院关于中国科技五十年成长蹊径图的编撰事变，认真“生命发源、进化与人造生命”部门。看到合成生物学将会给生命科学带来的倾覆性厘革，赵国屏向中科院提出申请，以上海植物心理生态研究所分子微生物尝试室为基本，创立了海内第一个“合成生物学重点尝试室”。

尝试室创立2年后的2011年，曾师从斯坦福大学基因克隆首创人之一斯丹利?科恩（Stanley N. Cohen）传授、38岁即得到国度天然科学基金委“杰青”扶助的覃重军，从链霉菌研究开始向微生物染色体合成、改革、重编程偏向转型。

曾经对原核生物轻车熟路的覃重军随后斗胆假设：真核生物是否也能像原核生物一样，用一条线型染色体装载全部遗传物质并完成正常的细胞成果？

假设之后，覃重军团队将方针锁定在酿酒酵母身上。酿酒酵母是一种模式单细胞真核生物，每个单倍体细胞内包括有16条线型染色体，每条染色体的基因组巨细从230kb到1500 kb不等。

赵国屏暗示，“从和我们尝试的相干性来说，酵母起首是一种单细胞真核生物，有16条染色体，是典范的多染色体真核生物。另外，和大部门真核生物纷歧样的是，酵母染色体上仅有1个着丝粒，可以使得我们的事变相对简朴。”

随后，覃重军等人“工程化精准计划”了定制人造单染色体酵母的指导原则以及理性说明、尝试计划、工程化推进的总体方案。2013年开始，酵母染色体的融合事变启动。

15轮融合建设简约版酵母

一条完备的真核线型染色体，凡是包括一个用于染色体疏散的着丝粒和两个用于掩护染色体结尾的端粒。

为实现2条染色体的融合，不只仅必要将2条染色体的2个端粒去除后彼此毗连起来，同时还必要将2条染色体中1条的着丝粒去除，从而担保染色体在细胞破碎进程中正常的疏散。

论文中提到，在染色体融合操纵中，需遵循一些尺度和原则。为形成遗传不变的融合染色体和停止双着丝粒染色体的形成，每次融合进程需同时去除1个着丝粒和2个端粒。研究团队用CRISPR–Cas9体系和酵母强盛的同源重组活性开拓了一种准确的染色体融合要领。

最后剩下的独一1个着丝粒的位置大抵要处于最后一条染色体的中间，从而保持染色体两臂均衡。同时，每个着丝粒和端粒的去除都要停止影响相邻基因，和端粒相干的高出2kb的长段一再序列需删除，停止在错误位点隐藏的同源重组。

另外，染色体融合的次序是随机的。先导尝试表白，8对染色体随机融合都能乐成，最终得到的菌株和野生型酵母菌株一样发展强劲，体现酵母细胞可以顺应2条染色体的随机融合。

在上述原则下，研究团队将VII染色体和VIII染色体起首融合，得到的酵母菌株定名为SY0。在融合进程中，VII染色体右臂的端粒和与端粒相干的长段一再序列被去除，VIII染色体左臂的端粒和与端粒相干的长段一再序列也被去除，同时VIII染色体的着丝粒被去除。

在同样的融合计策下，举办了15轮染色体端-端融合，最终得到酵母SY14菌株，仅含有1条庞大的线型染色体。

从2013年尝试正式启动到酵母SY14菌株的乐成得到，研究团队历经4年时刻。

值得一提的是，从融合次序来说，对比于覃重军等人的融合，杰夫?博克团队回收的方法略有差别。

杰夫?博克团队起首将全部的小染色体融合到了一路，得到带有12条染色体的酵母。随后通过进一步的融合，得到带有8条染色体的酵母。依次类推，最终得到了带有两条染色体的酵母。

在整个染色体融合进程中，杰夫?博克团队始终担保所得到的染色体在长度上是靠近的。不外，在最后一步将2条染色体融合成一条的进程中，尽量颠末尾许多次的实行，他们始终无法得到存活的，仅有1条染色体的细胞。

戴俊彪暗示，杰夫?博克团队无法将两条染色体融合成一条的缘故起因依然未知，大概通过较量带有两条和一条染色体酵母的差别，可以辅佐办理这个题目。

（编辑：河北网）

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