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加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點(diǎn)，為把我國建設(shè)成為世界科技強(qiáng)國作出新的更大的貢獻(xiàn)。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【光明日報】中國“創(chuàng)造”世界首例單條染色體真核細(xì)胞

2018-08-03 光明日報顏維琦齊芳黎子承

【字體：大中小】

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　　生物學(xué)教科書中將自然界存在的生命體分為真核生物和原核生物。染色體攜帶了生命體生長與繁殖的遺傳信息，真核生物通常含有線型結(jié)構(gòu)的多條染色體，比如人類有23對染色體，而原核生物通常含有環(huán)型結(jié)構(gòu)的一條染色體。對此，覃重軍研究員有不一樣的想法，他大膽假設(shè)真核生物也能像原核生物一樣，用一條線型甚至是一條環(huán)型的染色體裝載所有遺傳物質(zhì)并完成正常的細(xì)胞功能。在“大膽猜想”之后，他與薛小莉副研究員“工程化精準(zhǔn)設(shè)計”制定了人造酵母染色體的指導(dǎo)原則、理性分析與詳細(xì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、工程化高效推進(jìn)的總體方案，博士生邵洋洋從2013年開始嘗試并發(fā)展高效的染色體操作方法。歷經(jīng)4年時間，通過15輪染色體融合，成功將天然釀酒酵母單倍體細(xì)胞的16條染色體融合為1條，染色體“16合1”后的釀酒酵母菌株被命名為SY14。覃重軍研究團(tuán)隊與中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周金秋研究員、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙國屏院士、武漢菲沙基因信息有限公司及軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院趙志虎研究員等團(tuán)隊合作，發(fā)現(xiàn)雖然人工合成的單條線型染色體酵母細(xì)胞的染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，但卻具有正常的細(xì)胞功能，顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因時空表達(dá)的傳統(tǒng)觀念，揭示了染色體三維結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生命功能的全新關(guān)系。

　　該研究成果首次通過經(jīng)典分子生物學(xué)“假設(shè)驅(qū)動”與合成生物學(xué)“工程化”方法來探索解析生命起源與進(jìn)化中的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題。覃重軍認(rèn)為，合成生物學(xué)的目標(biāo)是“重構(gòu)簡小化、模塊化、定量化、最優(yōu)化的基因組”。在“人造生命”領(lǐng)域的思想、理論、工程和技術(shù)等方面勇于創(chuàng)新、大膽實(shí)踐，將天然復(fù)雜的生命形式通過人工改造以全新的簡約化的形式表現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)“人造”全新生命。單染色體真核細(xì)胞的“誕生”打破了教科書中原核生物與真核生物的界限。

　　記者了解到，釀酒酵母三分之一基因與人類基因同源。人類的過早衰老與染色體的端粒長度直接相關(guān)，端粒的縮短還與許多疾病相關(guān)。與天然酵母的32個端粒相比，SY14酵母的單條線型染色體僅有2個端粒，為研究人類端粒功能及細(xì)胞衰老提供了很好的模型。周金秋副所長提到，如果能將癌細(xì)胞的端粒變短，便可以在癌癥方面取得重大突破。覃重軍稱，以后將會運(yùn)用該單染色體細(xì)胞平臺著手以上疾病方面的研究。自然科研中國區(qū)總監(jiān)保羅·埃文斯稱：“這些酵母菌株也可稱為研究染色體生物學(xué)基本概念的強(qiáng)大資源，這些概念包括染色體的復(fù)制、重組和分離，這些都是生物學(xué)領(lǐng)域長期以來十分重要的主題?！?/p>

　　覃重軍研究團(tuán)隊人工創(chuàng)造的單條線型染色體真核細(xì)胞將對未來合成生物學(xué)的研究造成深遠(yuǎn)影響。融合染色體酵母菌株對生物學(xué)基本概念研究具有巨大的意義，并且可以基于此建立人類染色體端粒與細(xì)胞衰老、腫瘤形成的模型。覃重軍認(rèn)為合成生物學(xué)精確、高效的科學(xué)理念和大膽假設(shè)的勇氣是成功的關(guān)鍵。中國科學(xué)家再次利用合成生物學(xué)技術(shù)回答了生命科學(xué)一個重大的基礎(chǔ)問題，他們打開了“生命的大門”，為生命科學(xué)的研究開辟了一條嶄新的道路。

　　（原載于《光明日報》 2018年08月03日 01版）

　　人類能否創(chuàng)造生命？2010年，美國科學(xué)家J.Craig Venter和他的科研團(tuán)隊在《科學(xué)》雜志報道了世界上首個“人造生命”——含有化學(xué)人工全合成的與天然序列幾乎相同的染色體的原核生物支原體，引起了全世界轟動。記者今天獲悉，中國科學(xué)院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室覃重軍研究團(tuán)隊與合作者在國際上首次完成了將真核釀酒酵母天然的16條染色體人工創(chuàng)造為有功能的單條巨大染色體。該項(xiàng)工作表明，天然復(fù)雜的生命體系也可以通過“人造”變簡約，自然生命的界限可以被人為打破，甚至可以人工創(chuàng)造全新的自然界不存在的生命。該成果于北京時間8月2日在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》在線發(fā)表，是“人造生命”領(lǐng)域具有里程碑意義的重大科技突破。
　　生物學(xué)教科書中將自然界存在的生命體分為真核生物和原核生物。染色體攜帶了生命體生長與繁殖的遺傳信息，真核生物通常含有線型結(jié)構(gòu)的多條染色體，比如人類有23對染色體，而原核生物通常含有環(huán)型結(jié)構(gòu)的一條染色體。對此，覃重軍研究員有不一樣的想法，他大膽假設(shè)真核生物也能像原核生物一樣，用一條線型甚至是一條環(huán)型的染色體裝載所有遺傳物質(zhì)并完成正常的細(xì)胞功能。在“大膽猜想”之后，他與薛小莉副研究員“工程化精準(zhǔn)設(shè)計”制定了人造酵母染色體的指導(dǎo)原則、理性分析與詳細(xì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計、工程化高效推進(jìn)的總體方案，博士生邵洋洋從2013年開始嘗試并發(fā)展高效的染色體操作方法。歷經(jīng)4年時間，通過15輪染色體融合，成功將天然釀酒酵母單倍體細(xì)胞的16條染色體融合為1條，染色體“16合1”后的釀酒酵母菌株被命名為SY14。覃重軍研究團(tuán)隊與中科院生物化學(xué)與細(xì)胞生物學(xué)研究所周金秋研究員、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心/植物生理生態(tài)研究所合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的趙國屏院士、武漢菲沙基因信息有限公司及軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院趙志虎研究員等團(tuán)隊合作，發(fā)現(xiàn)雖然人工合成的單條線型染色體酵母細(xì)胞的染色體三維結(jié)構(gòu)發(fā)生了巨大變化，但卻具有正常的細(xì)胞功能，顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因時空表達(dá)的傳統(tǒng)觀念，揭示了染色體三維結(jié)構(gòu)與實(shí)現(xiàn)細(xì)胞生命功能的全新關(guān)系。
　　該研究成果首次通過經(jīng)典分子生物學(xué)“假設(shè)驅(qū)動”與合成生物學(xué)“工程化”方法來探索解析生命起源與進(jìn)化中的重大基礎(chǔ)科學(xué)問題。覃重軍認(rèn)為，合成生物學(xué)的目標(biāo)是“重構(gòu)簡小化、模塊化、定量化、最優(yōu)化的基因組”。在“人造生命”領(lǐng)域的思想、理論、工程和技術(shù)等方面勇于創(chuàng)新、大膽實(shí)踐，將天然復(fù)雜的生命形式通過人工改造以全新的簡約化的形式表現(xiàn)出來，實(shí)現(xiàn)“人造”全新生命。單染色體真核細(xì)胞的“誕生”打破了教科書中原核生物與真核生物的界限。
　　記者了解到，釀酒酵母三分之一基因與人類基因同源。人類的過早衰老與染色體的端粒長度直接相關(guān)，端粒的縮短還與許多疾病相關(guān)。與天然酵母的32個端粒相比，SY14酵母的單條線型染色體僅有2個端粒，為研究人類端粒功能及細(xì)胞衰老提供了很好的模型。周金秋副所長提到，如果能將癌細(xì)胞的端粒變短，便可以在癌癥方面取得重大突破。覃重軍稱，以后將會運(yùn)用該單染色體細(xì)胞平臺著手以上疾病方面的研究。自然科研中國區(qū)總監(jiān)保羅·埃文斯稱：“這些酵母菌株也可稱為研究染色體生物學(xué)基本概念的強(qiáng)大資源，這些概念包括染色體的復(fù)制、重組和分離，這些都是生物學(xué)領(lǐng)域長期以來十分重要的主題。”
　　覃重軍研究團(tuán)隊人工創(chuàng)造的單條線型染色體真核細(xì)胞將對未來合成生物學(xué)的研究造成深遠(yuǎn)影響。融合染色體酵母菌株對生物學(xué)基本概念研究具有巨大的意義，并且可以基于此建立人類染色體端粒與細(xì)胞衰老、腫瘤形成的模型。覃重軍認(rèn)為合成生物學(xué)精確、高效的科學(xué)理念和大膽假設(shè)的勇氣是成功的關(guān)鍵。中國科學(xué)家再次利用合成生物學(xué)技術(shù)回答了生命科學(xué)一個重大的基礎(chǔ)問題，他們打開了“生命的大門”，為生命科學(xué)的研究開辟了一條嶄新的道路。
　?。ㄔd于《光明日報》 2018年08月03日 01版）

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