人工合成生命里程碑：创建首例人造单染色体真核细胞

人类能否创造生命？“上帝”的特权能否交由人类自己掌控？

北京时间8月2日凌晨，国际顶级学术期刊《自然》（Nature）同时在线发表了2篇将酵母染色体融合的成果。其中一篇来自酵母染色体人工合成领域“老将”、美国科学院院士、纽约大学医学院教授杰夫·博克（Jef Boeke）团队，另一篇则来自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及其合作者。

中国研究成果的通讯作者之一、植物生理生态研究所研究员、中国科学院院士赵国屏对澎湃新闻表示，“这是继上世纪六十年代人工合成胰岛素和tRNA之后，中国学者再一次用合成科学的方法，回答了一个生命科学领域十分基础而重大的问题。”

野生型酵母染色体在细胞核中可以形成较为稳定的三维结构，其特征是所有的着丝粒会聚集在一起，位于细胞核的一端。而所有染色体短臂的端粒和长臂的端粒都会聚集在一起，位于细胞核的核膜附近。

人工创建的单条线型染色体的三维结构则因着丝粒、端粒等的大量去除发生了巨大变化。论文中提到，由于失去了所有和着丝粒相关的染色体间相互作用、大部分和端粒相关的染色体间相互作用，以及67.4%的染色体内的相互作用，16条天然线性染色体融合到单个染色体中导致了染色体的整个三维结构发生了显著变化。

该项工作表明，天然复杂的生命体系可以通过人工干预变简约，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。

赵国屏认为，这项工作的意义，首先证明带有1条染色体的酵母和野生型并没有太大的差别，仅有一条染色体的酵母是可以存活的。

“第二点，染色体融合之后最大的改变是染色体三维结构的变化，此前认为染色体的三维结构变化会很大地影响生物体发挥功能，但现在看来没有那么大的影响。”赵国屏表示，“第三点是从进化上来说，研究证明了1条染色体的真核细胞是可以存在的，但它相比16条染色体的酵母还是有缺陷，这或许能解释为什么在真核生物进化的过程中，我们现在看到的几乎都是多染色体。”

赵国屏强调，基于合成生物学的研究实际上就相当于“建物致知”，“我们 通过建设一个物品来增加我们的认识。”

值得一提的是，酿酒酵母通常还是研究染色体异常的重要模型，其1/3基因和具有23对染色体的人类基因同源。覃重军等人的创建的简约版酵母将来或为众多研究课题提供模型。

以端粒为例，端粒是线型染色体末端的保护结构，人类的过早衰老与染色体的端粒长度直接相关。随着细胞分裂次数的增加，端粒的长度逐渐缩短，当端粒变得不能再短时，细胞就会死亡。此外，端粒的缩短还与许多疾病相关，包括基因突变，肿瘤形成等。

与天然酵母的32个端粒相比，覃重军等人人工创造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。

赵国屏介绍，未来研究团队会围绕染色体结构功能进一步研究。

戴俊彪也提到，带有1条或者2条染色体的酵母，可以作为一个新的研究平台，增进我们对染色体重组、复制和分离机制的解析，具有重要的意义。此外，两项研究的结果也说明酿酒酵母对染色体的长度没有限制（至少可以长达12Mbp），这为利用酵母构建高等生物的新染色体提供了理论依据。