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2018-11-16 01:23 来源:北青网焦点新闻

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中国“创造”世界首例单条染色体真核细胞

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覃重军团队及学生在中科院分子植物卓越中心/植生生态所合成生物学重点实验室内(7月31日摄)。中科院研究团队在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞,是继原核细菌“人造生命”之后的一个重大突破。北京时间8月2日,该成果在国际知名学术期刊《自然》在线发表。 新华社记者 丁汀 摄

 

人类能否创造生命?2010年,美国科学家J.Craig Venter和他的科研团队在《科学》杂志报道了世界上首个“人造生命”——含有化学人工全合成的与天然序列几乎相同的染色体的原核生物支原体,引起了全世界轰动。记者今天获悉,中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室覃重军研究团队与合作者在国际上首次完成了将真核酿酒酵母天然的16条染色体人工创造为有功能的单条巨大染色体。该项工作表明,天然复杂的生命体系也可以通过“人造”变简约,自然生命的界限可以被人为打破,甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。该成果于北京时间8月2日在国际顶尖学术期刊《自然》在线发表,是“人造生命”领域具有里程碑意义的重大科技突破。

 

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8月2日,中科院分子植物卓越中心/植生生态所研究员覃重军在发布会上解读研究成果。

 

生物学教科书中将自然界存在的生命体分为真核生物和原核生物。染色体携带了生命体生长与繁殖的遗传信息,真核生物通常含有线型结构的多条染色体,比如人类有23对染色体,而原核生物通常含有环型结构的一条染色体。对此,覃重军研究员有不一样的想法,他大胆假设真核生物也能像原核生物一样,用一条线型甚至是一条环型的染色体装载所有遗传物质并完成正常的细胞功能。在“大胆猜想”之后,他与薛小莉副研究员“工程化精准设计”制定了人造酵母染色体的指导原则、理性分析与详细实验设计、工程化高效推进的总体方案,博士生邵洋洋从2013年开始尝试并发展高效的染色体操作方法。历经4年时间,通过15轮染色体融合,成功将天然酿酒酵母单倍体细胞的16条染色体融合为1条,染色体“16合1”后的酿酒酵母菌株被命名为SY14。覃重军研究团队与中科院生物化学与细胞生物学研究所周金秋研究员、中科院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室的赵国屏院士、武汉菲沙基因信息有限公司及军事医学科学院赵志虎研究员等团队合作,发现虽然人工合成的单条线型染色体酵母细胞的染色体三维结构发生了巨大变化,但却具有正常的细胞功能,颠覆了染色体三维结构决定基因时空表达的传统观念,揭示了染色体三维结构与实现细胞生命功能的全新关系。

 

该研究成果首次通过经典分子生物学“假设驱动”与合成生物学“工程化”方法来探索解析生命起源与进化中的重大基础科学问题。覃重军认为,合成生物学的目标是“重构简小化、模块化、定量化、最优化的基因组”。在“人造生命”领域的思想、理论、工程和技术等方面勇于创新、大胆实践,将天然复杂的生命形式通过人工改造以全新的简约化的形式表现出来,实现“人造”全新生命。单染色体真核细胞的“诞生”打破了教科书中原核生物与真核生物的界限。

 

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在中科院分子植物卓越中心/植生生态所内,覃重军团队成员在电子显微镜前观察单条染色体真核细胞形态(7月31日摄)。

 

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  在中科院分子植物卓越中心/植生生态所合成生物学重点实验室内拍摄的单条染色体真核酵母(7月31日摄)。

 

记者了解到,酿酒酵母三分之一基因与人类基因同源。人类的过早衰老与染色体的端粒长度直接相关,端粒的缩短还与许多疾病相关。与天然酵母的32个端粒相比,SY14酵母的单条线型染色体仅有2个端粒,为研究人类端粒功能及细胞衰老提供了很好的模型。周金秋副所长提到,如果能将癌细胞的端粒变短,便可以在癌症方面取得重大突破。覃重军称,以后将会运用该单染色体细胞平台着手以上疾病方面的研究。自然科研中国区总监保罗·埃文斯称:“这些酵母菌株也可称为研究染色体生物学基本概念的强大资源,这些概念包括染色体的复制、重组和分离,这些都是生物学领域长期以来十分重要的主题。”

 

覃重军研究团队人工创造的单条线型染色体真核细胞将对未来合成生物学的研究造成深远影响。融合染色体酵母菌株对生物学基本概念研究具有巨大的意义,并且可以基于此建立人类染色体端粒与细胞衰老、肿瘤形成的模型。覃重军认为合成生物学精确、高效的科学理念和大胆假设的勇气是成功的关键。中国科学家再次利用合成生物学技术回答了生命科学一个重大的基础问题,他们打开了“生命的大门”,为生命科学的研究开辟了一条崭新的道路。光明日报上海8月2日电(记者颜维琦、 齐芳 通讯员黎子承)

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