新研究有望解決人類醫學難題

據新華社北京3月10日電(記者陳芳、董瑞豐)生命可以設計和再造嗎?科學家利用化學物質成功合成4條人工設計的釀酒酵母染色體,研究結果10日在國際知名學術期刊《科學》發表。也因此成為繼美國之後第二個具備真核基因組設計與構建能力的國家。

研究者說,如果把基因組測序比作「讀懂生命密碼」,基因組合成就是「編寫生命密碼」,從「讀」到「寫」,人類向著「生命2.0」的夢想又邁進了一大步。

生命認識的巨大飛躍

來自天津大學、清華大學和深圳華大基因研究院的研究人員介紹,這項研究利用小分子核苷酸精準合成了有活性的真核染色體,得到的基因組可以很好地調控酵母的功能。

同時,合成的染色體經過精緻的人工設計:刪除了研究者認為無用的DNA,加入了人工接頭,總體長度比天然染色體縮減8%。

「人工合成染色體的價值,在於實現對基因的操控。」天津大學化工學院教授元英進說,如果合成的染色體與所取代的天然染色體完全相同,僅僅是「知其然」,但重新設計了染色體並確保細胞活性,說明研究人員已經開始「知其所以然」。

科學院院士楊煥明介紹,在掌握了基因序列的秘密之後,研究人員還將通過對染色體的設計、構建、測試一系列過程,來驗證和修正對基因組的認識。

有望解決人類醫學難題

由於釀酒酵母是遺傳學研究常用的一種模式生物,人工合成的釀酒酵母染色體,能夠為癲癇、癌症、智力發育遲緩和衰老等人類面臨的醫學難題提供研究與治療模型。

元英進舉例說,利用酵母菌細胞可以研究染色體異常,如果找到並修復細胞的基因組失活點,有望治療因染色體異常而導致的發育異常。

「如同建房子,人類從天然洞穴起步,建築材料越來越好,形式越來越美。生命也是一樣,通過人工設計、化學再造,未來可以想象有2.0、3.0,版本越來越高。」元英進說。

此外,釀酒酵母本身有著巨大的工業開發潛力。華大基因合成生物學項目負責人沈玥說,應用生物技術,釀酒酵母理論上可以合成人類賴以生存的一切有機物。比如,用酵母菌合成青蒿素已經產業化,成本遠低於傳統的植物提取。但由於釀酒酵母比較脆弱,對環境的要求嚴苛,其應用範圍一直受限。

「試想有一種細菌,能把垃圾快速分解,或者把霾全部吸收。」清華大學生命科學學院研究員戴俊彪說,科學家希望利用合成生物技術,解決污染、能源短缺等人類面臨的難題。對釀酒酵母染色體加入更多設計,能幫助研究人員理解更多的生物學問題。

創造生命?目前還做不到「無中生有」

不過,雖然此次人工合成的釀酒酵母染色體有著精巧設計,它們仍然是天然染色體的模仿品。「我們對生命的了解還遠遠不夠,還做不到『無中生有』。」戴俊彪說。

另外,科學家目前著力於設計和建構染色體,然後將人工合成的染色體植入原有的天然細胞中。「如果細胞不匹配,就好比拖拉機發動機安裝在小轎車上。」戴俊彪說,若要重新設計、建構整個細胞,還有非常漫長的一段路要走。

元英進說,通過此次研究,把非生命的化學物質組裝成染色體,找到導致細胞死亡、細胞失活、生長缺陷的各項關鍵要素,未來有望實現人工設計與合成的突破。