今天，合成生物學(xué)界出了件事。

這事兒呢，說(shuō)也大不大，也就是搞出了一種新的酵母。

這事兒，說(shuō)小也不小，酵母的16條染色體，被他們弄成了1條。

并且，人家還活得好好的！

8月2日，《自然》（Nature）雜志在線(xiàn)發(fā)表了一篇論文，中國(guó)科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所覃重軍研究團(tuán)隊(duì)與合作者在國(guó)際上首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞，中國(guó)科學(xué)家獨(dú)立創(chuàng)造了全新的自然界不存在的生命。

自然界的生命體分為真核生物和原核生物兩種。真核生物通常含有線(xiàn)型結(jié)構(gòu)的多條染色體，比如人類(lèi)、動(dòng)植物、真菌、酵母菌；而原核生物通常只有一條環(huán)型的染色體，最典型的就是各種細(xì)菌。

酵母和細(xì)菌都是人類(lèi)熟悉的微生物，為何差別卻這么大？

這讓覃重軍產(chǎn)生了一個(gè)“瘋狂的”想法——他要試圖去打破真核生物和原核生物的界限。

有了這個(gè)大膽的設(shè)想之后，覃重軍與副研究員薛小莉用工程化精準(zhǔn)設(shè)計(jì)的方法，定制了人造單染色體酵母的指導(dǎo)原則，以及理性分析、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、工程化推進(jìn)的總體方案。并指導(dǎo)學(xué)生從2013年起，嘗試并發(fā)展高效的染色體操作方法。

研究人員歷經(jīng)4年時(shí)間，通過(guò)15輪的染色體融合，最終成功創(chuàng)建了只有一條線(xiàn)型染色體的釀酒酵母菌株。

經(jīng)過(guò)代謝、生理、繁殖功能及染色體三維結(jié)構(gòu)的鑒定，覃重軍等人發(fā)現(xiàn)，雖然人工酵母的單條線(xiàn)型染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，但這種酵母與天然酵母一樣具有正常的細(xì)胞功能。

如果你看不懂上面的，就看下面的圖吧：

人造單染色體酵母與天然酵母細(xì)胞對(duì)比圖，兩者形態(tài)差不多，但染色體的三維結(jié)構(gòu)有巨大改變

小編有意中得知，覃重軍能成功把16條染色體合并成1條的關(guān)鍵因素之一，是因?yàn)樗麄儼阉腥旧w末端的重復(fù)序列都剔除出去了。

這正是覃重軍最大膽的地方。在很多科學(xué)家眼中，生命的遺傳物質(zhì)里盡管有許多重復(fù)信息，但既然大自然的進(jìn)化把它們保留下來(lái)了，就肯定有它存在的道理。

可是在合成生物學(xué)家的實(shí)驗(yàn)室里，大量冗余信息的存在，卻常常讓他們陷入泥潭。

美國(guó)科學(xué)院院士Jef Boeke是人工合成酵母基因組國(guó)際計(jì)劃的負(fù)責(zé)人，在聽(tīng)聞覃重軍的成果后，他驚呼：“你的膽子太大了！我們都不敢把這些序列去掉?！?/span>

實(shí)際上，在這期《自然》雜志同期在線(xiàn)發(fā)表的論文中，Boeke團(tuán)隊(duì)也報(bào)告了一項(xiàng)成果，他們把酵母的16條染色體，壓縮到了2條。

nature網(wǎng)站首頁(yè)對(duì)兩篇論文的報(bào)道截圖

覃重軍的酵母不但活了，還活得挺好。

因?yàn)榧葲](méi)有引入外源基因，也沒(méi)有刪除必備的遺傳物質(zhì)，覃重軍認(rèn)為，這種人工合成的酵母是非常安全的，“既可以做研究又可以吃，基礎(chǔ)研究和應(yīng)用的前景都很廣闊”。（看到這里小編好像有點(diǎn)餓了……）

覃重軍在觀察單染色體酵母的生長(zhǎng)情況  楊正行攝

研究結(jié)果出來(lái)后，多名國(guó)際同行都向覃重軍發(fā)出了合作邀請(qǐng)，希望能盡快將這種酵母進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化?？神剀娪X(jué)得，他身上還肩負(fù)著更重要的使命，他想用這種酵母，開(kāi)展人類(lèi)疾病的研究。

位于染色體兩頭的端粒是他的下一個(gè)目標(biāo)。科學(xué)家已經(jīng)知道，人類(lèi)的衰老、基因突變、腫瘤形成等都與端粒的縮短密不可分，當(dāng)端粒變得不能再短時(shí)，細(xì)胞就會(huì)死亡。關(guān)于端粒的研究獲得了2009年的諾貝爾獎(jiǎng)。

就是他們?nèi)齻€(gè)哦??

釀酒酵母是研究染色體異常的重要模型，1/3基因與人類(lèi)基因同源，但天然酵母具有32個(gè)端粒，研究起來(lái)困難重重。相比之下，人造單染色體酵母只有2個(gè)端粒，能夠?yàn)檠芯咳祟?lèi)端粒功能及細(xì)胞衰老提供一個(gè)很好的模型。

覃重軍說(shuō)自己是個(gè)“懶人”，最近5年來(lái)，他平均每年的論文還不到1篇；他也不怎么去積極申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)，每天要么在單位院子里散步，要么就是關(guān)在辦公室里，琢磨事兒。

他開(kāi)玩笑說(shuō)，像他這樣的人在別的地方，估計(jì)早就被開(kāi)除了。

但是，他所工作的中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所非但沒(méi)開(kāi)除他，還讓他當(dāng)了中科院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任；中科院非但沒(méi)冷落他，還讓他承擔(dān)了院先導(dǎo)專(zhuān)項(xiàng)的課題。

這都是因?yàn)樗聊サ氖?，從?lái)沒(méi)有人做過(guò)。

覃重軍與他的兩千多頁(yè)實(shí)驗(yàn)手稿 楊正行攝

覃重軍的實(shí)驗(yàn)手稿及經(jīng)常閱讀的書(shū)籍  楊正行攝

單染色體酵母的誕生，被認(rèn)為是繼上世紀(jì)60年代中國(guó)人工合成牛胰島素和tRNA之后，中國(guó)在合成生物學(xué)領(lǐng)域的又一個(gè)重要貢獻(xiàn)。

它也更像是一個(gè)新的范例。覃重軍和他的同事，將經(jīng)典分子生物學(xué)的“假設(shè)驅(qū)動(dòng)”與合成生物學(xué)的“工程化研究模式”相結(jié)合，為學(xué)科的發(fā)展提供了新的思路。

Doi：https:///10.1038/s41586-018-0382-x

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