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(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)計合成為標志的第三次生物技術(shù)革命。他指出，生物學界內(nèi)最重要的分類依據(jù)，既不是植物和動物，也不是多細胞和單細胞生物，而是以原核生物和真核生物來區(qū)分?！凹毦⒉《镜仍松锏幕蚪M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?！?/p>

為完成設(shè)計和化學再造完整的釀酒酵母基因組，國際科學界發(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(Synthetic genomics)研究的標志性國際合作項目。該項目由美國科學院院士杰夫·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)。

天津大學化工學院教授元英進是最早參與該計劃的中國科學家，此次在《科學》期刊上以通訊作者身份發(fā)表了2篇論文。他告訴記者，如同科學實驗中經(jīng)常使用的果蠅、斑馬魚，釀酒酵母是生物學研究中的“模式真核單細胞生物”?！叭绻f病毒基因組的合成開啟了基因組化學合成研究，那么原核生物和真核生物基因組合成研究的不斷突破，則初步實現(xiàn)了化學全合成基因組對單細胞原核生物和真核生物的生命調(diào)控?！搬劸平湍甘堑谝粋€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)域知識貯備的真實性、完整性和準確性的一個直接考驗?；瘜W合成酵母，一方面可以幫助人類更深刻地理解一些基礎(chǔ)生物學的問題，另一方面可以通過基因組重排系統(tǒng)，使酵母實現(xiàn)快速進化，得到在醫(yī)藥、能源、環(huán)境、農(nóng)業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域有重要應用潛力的菌株。”