原標題：世界首例人造單染色體真核細胞，“誕生”在上海！中國實現合成生物學裡程碑式突破
圖說：覃重軍研究員在觀察單染色體酵母的生長情況 來源/楊正行攝
新民晚報訊（記者 董純蕾 實習生 馮琪）中國，不僅是酵母最可能的“故鄉”，而且已成為“人造最簡約酵母”的發明地。 世界首例人造單染色體真核細胞——只擁有一條染色體的酵母，“誕生”在上海！這是人類首次通過實驗手段系統改造一個物種的染色體數目。成功創建了這一奇妙的“人造生命”，意味著中國實現了合成生物學的里程碑式突破！
記者今天上午從中科院在上海舉辦的新聞發佈會上獲悉，中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所合成生物學重點實驗室覃重軍研究團隊與合作者，在國際上首次人工創建了單條染色體的真核細胞，該成果於北京時間今天凌晨在國際著名學術期刊《自然》（Nature）在線發表。這一成果完全由中國科學家獨立完成，打破了教科書中原核生物與真核生物的界限，讓人類瞭解到生命形式也可以通過人工改造化繁為簡，同時為進一步研究人類細胞衰老提供了良好的模型。
圖說：人造單染色體酵母與天然酵母細胞對比圖，兩者形態相似，但染色體的三維結構有巨大改變 中科院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所供圖
人類能否創造生命？ 2010年，美國科學家J. Craig Venter和他的科研團隊在《科學》（Science）報道了世界上首個“人造生命”——含有全人工化學合成的與天然染色體序列幾乎相同的原核生物支原體，引起了轟動。此次，中國科學家實現突破的是比原核生物更高等的真核生物的“人造”。以覃重軍研究組為主的中國研究團隊，成功地將單細胞真核生物釀酒酵母天然的十六條染色體人工創建為具有完整功能的單條染色體。這意味著，天然複雜的生命體系可以通過人工干預變得簡約，自然生命的界限可以被人為打破，甚至可以人工創造全新的自然界不存在的生命。
生物學教科書中將自然界存在的生命體分為：具有被核膜包裹染色體細胞核的真核生物和染色體裸露無核膜包裹的原核生物。眾所周知，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構的多條染色體，而原核生物通常含有環型結構的一條染色體。
圖說：覃重軍研究員與他的兩千多頁實驗手稿 楊正行攝
圖說：覃重軍研究員的實驗手稿及經常閱讀的書籍 楊正行攝
覃重軍研究員大膽地假設真核生物也能像原核生物一樣，用一條線型染色體裝載所有遺傳物質並完成正常的細胞功能。在“大膽猜想”之後，他與薛小莉副研究員“工程化精準設計”了定製人造單染色體酵母的指導原則以及理性分析、實驗設計、工程化推進的總體方案。博士生邵洋洋從2013年開始嘗試並發展高效的染色體操作方法。歷經4年時間，通過15輪的染色體融合，最終成功創建了只有一條線型染色體的釀酒酵母菌株SY14。
此後，覃重軍研究組進一步與合成生物學重點實驗室趙國屏院士研究組、中科院生物化學與細胞生物學研究所周金秋研究員研究組、武漢菲沙基因信息有限公司及軍事醫學科學院趙志虎研究員等團隊合作，深入鑑定SY14的代謝、生理和繁殖功能及其染色體的三維結構。研究發現，雖然人工創建的單條線型染色體的三維結構發生了巨大變化，但SY14酵母具有正常的細胞功能，並未因為染色體數量的簡化而失能。這也就顛覆了染色體三維結構決定基因時空表達的傳統觀念，揭示了染色體三維結構與實現細胞生命功能的全新關係。
圖說：覃重軍（中）研究員正在指導學生做實驗 楊正行攝
該研究成果是通過經典分子生物學“假設驅動”與合成生物學“工程化研究模式”來探索解析生命起源與進化中重大基礎科學問題的一個新範例。對天然複雜的酵母染色體實施人工改造，賦予其全新的簡約化形式，這是繼原核細菌“人造生命”之後的一個重大突破。單染色體酵母的“誕生”，連同我國科學家參與的酵母染色體全人工合成工作，是繼上世紀六十年代人工合成結晶牛胰島素和tRNA之後，中國學者再一次利用合成科學策略，回答生命科學領域一個重大的基礎問題，即建立原核生物與真核生物之間基因組進化的橋樑，為人類對生命本質的研究開闢了新方向。
最後，我們來認識一下此項里程碑式合成生物學研究的另一“主角”——釀酒酵母。“最簡約酵母”的“誕生”，對人類又有何具有實用意義的借鑑呢？覃重軍表示，人造單染色體酵母沒有添加任何其他物質，和天然酵母一樣可以食用。釀酒酵母不僅是日常生活的好夥伴，而且是研究染色體異常的重要模型，釀酒酵母1/3基因與具有23對染色體的人類基因同源。線型染色體末端有一個重要的保護結構——端粒。隨著細胞分裂次數的增加，端粒的長度逐漸縮短，當端粒變得不能再短時，細胞就會死亡。人類的過早衰老與染色體的端粒長度直接相關。此外，端粒的縮短還與許多疾病相關，包括基因突變，腫瘤形成等。與天然酵母的32個端粒相比，覃重軍研究團隊人工創造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胞衰老，檢驗藥物功能，提供了很好的模型。
圖說：覃重軍（左二）研究團隊正在分析人造酵母菌株的脈衝場凝膠電泳驗證圖 楊正行攝
“不過，融合染色體菌株確實表現出小的適應性限制和有性生殖限制，這些發現或許有助於解釋生物具有較多染色體的優勢。”覃重軍相信，未來通過對這一版人造單染色體酵母的改進，還能進一步提升性能。
有意思的是，由於在全球各地的食物和飲料發酵過程中的廣泛使用，酵母可說是人類文明史的重要參與者與見證者。然而，酵母的多樣性與演化史，對人類而言仍有許多待解之謎。不少科學家認為，酵母最有可能起源於中國。同樣是在《自然》雜誌，今年早些時候，來自法國的科學家團隊發表研究結果，通過大規模的基因組測序結果，支持“酵母中國起源說”。而在今天在線出版的《自然》上，與覃重軍團隊研究成果“背靠背”發表的，是紐約大學朗格尼醫學中心Jef Boeke教授團隊創建的含有2條染色體的釀酒酵母。中美兩支科學家團隊的同主題研究工作，各自獨立，來自中國的“人造酵母”更簡約。
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