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(xué)(Synthetic Biology)是繼“DNA雙螺旋發(fā)現(xiàn)”和“人類基因組測序計劃”之后，以基因組設(shè)計合成為標(biāo)志的第三次生物技術(shù)革命。他指出，生物學(xué)界內(nèi)最重要的分類依據(jù)，既不是植物和動物，也不是多細(xì)胞和單細(xì)胞生物，而是以原核生物和真核生物來區(qū)分。“細(xì)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(fù)雜，通常會包含數(shù)億至甚至數(shù)十億堿基對信息。同時，作為遺傳物質(zhì)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(xì)胞核的特定區(qū)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(wù)。但是，如果生物學(xué)真正做到引領(lǐng)技術(shù)革命，合成真核生物基因組技術(shù)必將發(fā)揮非常核心的作用。”

為完成設(shè)計和化學(xué)再造完整的釀酒酵母基因組，國際科學(xué)界發(fā)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(xué)(Synthetic genomics)研究的標(biāo)志性國際合作項目。該項目由美國科學(xué)院院士杰夫·伯克發(fā)起，有美國、中國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等多國研究機(jī)構(gòu)參與并分工協(xié)作，試圖重新設(shè)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(xué)化工學(xué)院教授元英進(jìn)是最早參與該計劃的中國科學(xué)家，此次在《科學(xué)》期刊上以通訊作者身份發(fā)表了2篇論文。他告訴記者，如同科學(xué)實(shí)驗中經(jīng)常使用的果蠅、斑馬魚，釀酒酵母是生物學(xué)研究中的“模式真核單細(xì)胞生物”。“如果說病毒基因組的合成開啟了基因組化學(xué)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(shí)現(xiàn)了化學(xué)全合成基因組對單細(xì)胞原核生物和真核生物的生命調(diào)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(shè)計和重建酵母基因組是對目前酵母領(lǐng)域知識貯備的真實(shí)性、完整性和準(zhǔn)確性的一個直接考驗。化學(xué)合成酵母，一方面可以幫助人類更深刻地理解一些基礎(chǔ)生物學(xué)的問題，另一方面可以通過基因組重排系統(tǒng)，使酵母實(shí)現(xiàn)快速進(jìn)化，得到在醫(yī)藥、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域有重要應(yīng)用潛力的菌株。”