中國驕傲！四篇論文榮登Science專刊

作為基因組合成領域的科學里程碑項目，「人工合成酵母基因組計劃（Sc2.0 Project）」在國際合作組的通力協作下，取得了新的重大突破性進展。國際協作組宣布完成2號、5號、6號、10號和12號這5條染色體的從頭設計與全合成，並從多個方面進行了深入分析，最終獲得與普通酵母菌高度一致的人工合成酵母菌。該重量級成果於2017年3月10日在國際頂尖權威雜誌Science以封面、專刊形式同時發表7篇論文，其中四篇來自科學家。

人工合成酵母基因組計劃

合成生物學（Synthetic Biology）是繼「DNA雙螺旋發現」和「人類基因組測序計劃」之後，以基因組設計合成為標誌的第三次生物技術革命。「人工合成酵母基因組計劃（Sc2.0 Project）」旨在實現人工合成真核生物釀酒酵母的全部16條染色體（長約14Mb），意味著酵母的生命源代碼可以達到完全由人工編寫。Sc2.0項目由、美國、英國、法國、澳大利亞、新加坡等國家的多個研究機構參與合作。2014年Sc2.0已創建了一個單一的人工酵母染色體，這次科學家們共完成了5條染色體的化學合成。

團隊的貢獻

在該計劃中，來自清華大學、天津大學、華大基因的科學家團隊完成了其中的4條,占完成數量的66.7%，把Sc2.0計劃向前推進了一大步。團隊參與該項目得到了科技部國家863計劃「合成生物技術」重大項目的大力支持。

（參與國際釀酒酵母基因組合成計劃的科學家代表，自左至右依次為：李炳志、戴俊彪、楊煥明、元英進、沈玥。趙永新攝）

清華大學

清華大學戴俊彪課題組主要負責攻克 16 條染色體中長度最長、功能最為特殊的十二號染色體的人工合成。在研究中，他們開發了長染色體分級組裝的策略，即：首先通過大片段合成序列，在6個菌株中分別完成了對染色體不同區域內源DNA的逐步替換；然後利用酵母減數分裂過程中同源重組的特性，將多個菌株中的合成序列進行合併，獲得完整的合成型染色體。

針對12號染色體上存在的高度重複的核糖體RNA編碼基因簇進行刪除及工程化改造，並利用修改後的重複單元在基因組多個位點重建了核糖體RNA編碼基因簇。該工作奠定了未來對其他超大、結構超複雜的基因組進行設計與編寫的基礎，同時也證明了酵母基因組中rDNA（核糖體DNA）區域及其他序列均具有驚人的靈活度與可塑性。

天津大學

元英進帶領的天津大學團隊完成了5號、10號（synV、synX）染色體的化學合成，並開發了高效的染色體缺陷靶點定位技術和染色體點突變修復技術。

在合成長達770kb（kb：千鹼基對）的釀酒酵母十號染色體的過程中，天津大學團隊創建了基因組缺陷靶點快速定位與精確修復方法，解決了全化學合成基因組導致細胞失活的難題，所得到的全合成酵母染色體具備完整的生命活性，能夠成功調控酵母的生長，並具備各種環境響應能力。此方法在化學合成基因組研究中具有普適性，並且作為一種新穎的表型和基因組關聯性分析的策略，有望顯著提升對基因組結構和功能的認知。

「5號染色體」文章第一作者、天津大學博士生謝澤雄說，在全面推進Sc2.0計劃的過程中，我們建立了基於多靶點片段共轉化的基因組精確修復技術和DNA大片段重複修復技術，解決了超長人工DNA片段的精準合成難題。我們首次實現了真核人工基因組化學合成序列與設計序列的完全匹配，系統性支撐與評價了當前真核生物的設計原則。該技術的突破為研究人工設計基因組的重新設計、功能驗證與技術改進奠定了基礎。

華大基因

華大基因團隊主導了2號染色體的從頭設計與全合成（長770 Kb），含有該染色體的人工酵母菌株展現出了與普通酵母菌高度相似。在設計中，華大基因團隊簡化了原有的基因組，設計了許多特殊的「元件」，增加了人工設計的「開關」，簡化了編碼，充分展現人類對於基因組編寫能力已接近於計算機語言的可用性。

項目牽頭人對團隊的評價

對於團隊的傑出貢獻，Sc2.0項目的牽頭人Jef D. Boeke 教授表示團隊的加入對Sc2.0項目來說是變革性的，因為他們為這項龐雜的計劃帶來了高通量的平台和極具創造性的科研團隊。

結語

人造酵母新生命的誕生，標誌著合成生物學里程碑式的進展。這個領域的快速突破，將變革生物製造、醫藥、能源、環境、農業等領域，帶來顛覆性的發展。

聲明

本文綜合自人民網、天津大學、華大基因，媒體轉載須註明原出處。