创造生命可以做到“无中生有”吗？

我们离20年前的这部科技电影有多远？...

我国科学家利用化学物质合成了4条人工设计的酿酒酵母染色体,标志着人类向“再造生命”又迈进一大步。研究结果于今年3月10日以封面文章的形式在国际知名学术期刊《科学》发表,我国也成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。



3月10日出版的国际顶级学术期刊《科学》，以封面的形式同时刊发了中国科学家的4篇研究长文。4篇长文介绍了真核生物基因组设计与化学合成方面的系列重大突破：完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成，此前国际同行奋斗多年才发现了一条。

这里插播一条信息：

上海证券认为，国内基因测序市场，上游测序设备及相关试剂90%被国外厂商垄断;国内企业主要集中在中游的测序服务行业，百家齐鸣，竞争激烈;下游应用市场，当前国内市场需求巨大，最主要的是科研应用，临床应用上产前诊断、遗传病筛查、肿瘤诊断和治疗等方面都有着非常广阔的发展前景。


目前，涉及基因测序概念股的上市公司有紫鑫药业、千山药机、达安基因、安科生物、中源协和等。

来自天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院的研究人员介绍,该研究利用小分子核苷酸精准合成了活体真核染色体,首次实现人工基因组合成序列与设计序列的完全匹配,所得到的酵母基因组具备完整的生命活性。



3月9日,天津大学化工学院副教授李炳志、清华大学生命科学学院研究员戴俊彪博士、华大基因理事长杨焕明院士、天津大学化工学院教授元英进、深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥(从左至右)在清华大学合影。

新华社记者沈伯韩摄

“如果说基因组测序是‘读懂生命密码’,基因组合成就是在‘编写生命密码’,从读到写,是一个巨大飞跃。”中国科学院院士杨焕明说。

2010年,美国科学家首次将人工合成的基因组植入一个原核细菌,开启了化学合成生命的研究大门。天津大学化工学院教授元英进告诉记者,原核生物基因组虽已合成成功,但其染色体相对简单,动物、植物、真菌等真核生物具有多条线性染色体,生命形式更复杂丰富,我国科学家在此次研究中解决了一系列科学难题。



培养皿中的酿酒酵母菌株。

研究中,基因组实际序列与设计序列的精确匹配至关重要。清华大学生命科学学院研究员戴俊彪说,研究人员创建了基因组缺陷靶点快速定位与精确修复方法,确保化学合成的基因组具有高度的生命活性。

据介绍，这项研究利用小分子核苷酸精准合成了有活性的真核染色体,得到的基因组可以很好地调控酵母的功能。同时,合成的染色体经过精致的人工设计:删除了研究者认为无用的DNA,加入了人工接头,总体长度比天然染色体缩减8%。

酿酒酵母是生物遗传学研究的一个重要模式生物。以合成型酿酒酵母染色体为研究对象,可以加快在基因组重排、环形染色体进化领域的研究进度,为人类环形染色体疾病、癌症和衰老等提供研究与治疗模型。

2012年开始,天津大学、清华大学和深圳华大基因研究院与美国等国家的科研机构共同推动了酵母基因组合成国际计划(Sc2.0——这是合成基因组学Synthetic genomics研究的标志性国际合作项目。该项目由美国科学院院士杰夫·伯克发起，有美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等多国研究机构参与并分工协作，试图重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体，长约12Mb，1Mb是百万碱基对),旨在对酿酒酵母基因组进行人工重新设计和化学再造。我国科学家此次成功合成的4条酿酒酵母染色体,占Sc2.0计划已经合成染色体的三分之二。

“如同建房子,人类从天然洞穴起步,建筑材料越来越好,形式越来越美。生命也是一样,通过人工设计、化学再造,未来可以想象有2.0、3.0,版本越来越高。”元英进说。



此外,酿酒酵母本身有着巨大的工业开发潜力。华大基因合成生物学项目负责人沈玥说,应用生物技术,酿酒酵母理论上可以合成人类赖以生存的一切有机物。比如,用酵母菌合成青蒿素已经产业化,成本远低于传统的植物提取。但由于酿酒酵母比较脆弱,对环境的要求严苛,其应用范围一直受限。

“试想有一种细菌,能把垃圾快速分解,或者把霾全部吸收。”清华大学生命科学学院研究员戴俊彪说,科学家希望利用合成生物技术,解决污染、能源短缺等人类面临的难题。1997年美国科幻电影《Gattaca》（译为《千钧一发》）由伊桑霍克、裘德洛主演。讲述了在不久的未来，通过基因工程加工出生的人才是正常人，而自然分娩的孩子则被视同“病人”。在影片中基于基因技术的成熟，在诊所里培育出来的强化基因受精卵，没有先天疾病，是“自然受孕一千次也达不到的奇迹”。 当父母对这种强化基因小孩有所质疑的时候，医生还很贴心的回答：“别担心，孩子还是你们自己的基因结晶，不过是最优的结晶。”那时，只要你有钱去基因优生诊所，就一定能生个绝对健康的好孩子。不过,虽然此次人工合成的酿酒酵母染色体有着精巧设计,它们仍然是天然染色体的模仿品。“我们对生命的了解还远远不够,还做不到‘无中生有’。”戴俊彪说。

另外,科学家目前着力于设计和建构染色体,然后将人工合成的染色体植入原有的天然细胞中。“如果细胞不匹配,就好比拖拉机发动机安装在小轿车上。”戴俊彪说,若要重新设计、建构整个细胞,还有非常漫长的一段路要走。

元英进说,通过此次研究,把非生命的化学物质组装成染色体,找到导致细胞死亡、细胞失活、生长缺陷的各项关键要素,未来有望实现人工设计与合成的突破。

才过了20年，现实离电影近了一大截。

那么，问题来了。

如果基因科学的发展真如电影所讲，你是笑着接受，还是害怕拒绝呢？

基因优选对人类社会又会有怎样的影响呢？

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综合自人民网、新华网、网易等

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