覃重軍說自己是個“懶人”，最近5年來，他平均每年的論文還不到1篇；他也不怎么去積極申請經(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。

他開玩笑說，像他這樣的人在別的地方，估計早就被開除了。

但是，他所工作的中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所非但沒開除他，還讓他當(dāng)了中科院合成生物學(xué)重點實驗室主任；中科院非但沒冷落他，還讓他承擔(dān)了戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項的課題。

因為他們都知道，覃重軍琢磨的事，從來沒有人做過。

8月2日，英國《自然（Nature）》雜志在線發(fā)表了一篇論文，覃重軍研究團(tuán)隊與合作者在國際上首次人工創(chuàng)建了單條染色體的真核細(xì)胞，中國科學(xué)家獨立創(chuàng)造了全新的自然界不存在的生命。

都是微生物，差別咋那么大？

在生物學(xué)教科書中，自然界的生命體分為真核生物和原核生物兩種。前者的細(xì)胞內(nèi)有成形的細(xì)胞核，寫著遺傳物質(zhì)的染色體就裝在里面；而后者沒有細(xì)胞核，染色體是裸露的。

真核生物通常含有線型結(jié)構(gòu)的多條染色體，比如人類、動植物、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)菌都是人類熟悉的微生物，為何差別卻這么大？這引起了覃重軍的好奇。

“單倍體酵母有16條染色體，我就想，能不能把它們簡化一下，把它變成像細(xì)菌一樣，用一條染色體來裝載所有的遺傳物質(zhì)，同時完成正常的細(xì)胞功能呢？”覃重軍說。

人類能否創(chuàng)造生命？這個問題是科學(xué)界孜孜以求的重大課題。2010年，美國科學(xué)家在《科學(xué)》雜志報道了世界上首個“人造生命”——含有全人工化學(xué)合成的與天然染色體序列幾乎相同的原核生物支原體，曾引起過轟動。

但覃重軍的想法可能更加“瘋狂”，他要試圖去打破真核生物和原核生物的界限。

16變1的“壓縮”生命

有了這個大膽的設(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、實驗設(shè)計、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年時間，通過15輪的染色體融合，最終成功創(chuàng)建了只有一條線型染色體的釀酒酵母菌株。經(jīng)過代謝、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。

覃重軍告訴《中國科學(xué)報》記者，能成功把16條染色體合并成1條的關(guān)鍵因素之一，是因為“我們把所有染色體末端的重復(fù)序列都剔除出去了?！?/p>

基因組為什么一定要那么大，把冗余的信息減掉會怎樣？在他看來，這些生命的“冗余信息”，刪掉它們，或許能給合成生物學(xué)家一個機(jī)會，能夠?qū)⑻烊粡?fù)雜的酵母染色體通過人工改造，以全新的簡化形式表現(xiàn)出來。

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)化把它們保留下來了，就肯定有它存在的道理。

可是在合成生物學(xué)家的實驗室里，大量冗余信息的存在，卻常常讓他們陷入泥潭。美國科學(xué)院院士Jef Boeke是人工合成酵母基因組國際計劃的負(fù)責(zé)人，在聽聞覃重軍的成果后，他驚呼：“你的膽子太大了！我們都不敢把這些序列去掉?！?/p>

實際上，在這期《自然》雜志同期在線發(fā)表的論文中，Boeke團(tuán)隊也報告了一項成果，他們把酵母的16條染色體，壓縮到了2條。

比100篇《nature》更重要的事

覃重軍的酵母不但活了，還活得挺好。

“覃博士和他的團(tuán)隊編輯了釀酒酵母的基因組，創(chuàng)造了將幾乎所有遺傳信息融合進(jìn)單個染色體的酵母菌株?！弊匀豢蒲兄袊鴧^(qū)總監(jiān)Paul Evans評價稱：“盡管融合顯著改變了三維染色體結(jié)構(gòu)，但經(jīng)證實，改造后的酵母細(xì)胞出乎意料地穩(wěn)健，在不同的培養(yǎng)條件下，沒有表現(xiàn)出重大的生長缺陷?！?/p>

因為既沒有引入外源基因，也沒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”。

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

它也更像是一個新的范例。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”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。

在中科院前沿科學(xué)與教育局生命科學(xué)處處長沈毅看來，合成生物學(xué)雖然是一個年輕的學(xué)科，但從來都不乏重大成果。“相信有了中國科學(xué)家的參與，人類想象的空間會不斷擴(kuò)展，合成生物學(xué)也將更多融入和改變?nèi)祟惖纳睢！?/p>

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

位于染色體兩頭的端粒是他的下一個目標(biāo)?？茖W(xué)家已經(jīng)知道，人類的衰老、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，細(xì)胞就會死亡。關(guān)于端粒的研究獲得了2009年的諾貝爾獎。

釀酒酵母是研究染色體異常的重要模型，1/3基因與人類基因同源，但天然酵母具有32個端粒，研究起來困難重重。相比之下，人造單染色體酵母只有2個端粒，能夠為研究人類端粒功能及細(xì)胞衰老提供一個很好的模型。

“我們靠想象力打開一扇扇大門，靠理性選擇其中正確的一扇?！瘪剀娬f，“如果我們的酵母能夠為人類健康作出一些貢獻(xiàn)，那比我發(fā)100篇《Nature》還要有價值?！?/p>