国家863计划重大项目“合成生物技术”获得最新进展

[2017/4/21]

日前，我国科学家在真核生物基因组设计与化学合成方面取得重大突破，由天津大学牵头的“合成生物技术”国家863计划重大项目目前已成功合成4条真核生物酿酒酵母染色体，相关研究成果已形成4篇我国学者为第一作者和通讯作者的《Science》论文并于3月10日正式对外界发布。
　　
　　该成果的取得实现了由非生命的化学物质通过设计合成的方法再造出新的生命体，标志着我国已经成为继美国之后第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。
　　

　　2012年，依托于国家863计划“合成生物技术”重大项目，天津大学、清华大学和华大基因与美国共同发起并推动了真核生物酵母人工基因组合成（Sc2.0）国际合作计划，该计划是合成基因组学（Synthetic genomics）研究的标志性国际合作项目，旨在重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体（长约12Mb，Mb：百万碱基对）。该项目由美国科学院院士杰夫·伯克发起，有美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等多国研究机构参与并分工协作，致力于设计和化学再造完整的酿酒酵母基因组。
　　
　　至今，科学家们已经化学合成了6条染色体，来自天津大学、清华大学、华大基因的中国科学家完成了其中的4条，占完成数量的66.7%。其中，元英进带领的天津大学团队完成了5号、10号（synV、synX）染色体的化学合成，并开发了高效的染色体缺陷靶点定位技术和染色体点突变修复技术。戴俊彪研究员带领清华大学团队完成了当前已合成染色体中最长的12号染色体（synXII）的全合成。深圳华大基因研究院团队联合英国爱丁堡大学团队完成了2号染色体（synII）的合成及深度基因型－表型关联分析。
　　
　　该计划的国际化推动者及中国最早的参与者，天津大学化工学院教授元英进此次在《科学》期刊上以唯一通讯作者身份发表了两篇有关酿酒酵母染色体化学合成的学术论文。据他介绍，基因组设计与化学合成打破了非生命物质与生命的界限，开启了“设计生命、再造生命和重塑生命”的进程。此次酿酒酵母染色体化学合成突破了合成型基因组导致细胞失活的难题，设计构建了染色体成环疾病模型，开发了长染色体分级组装策略，证明人工设计合成的基因组具有可增加、可删减的灵活性……
　　
　　目前国际上普遍认为，以基因组设计合成为标志的合成生物学是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后，即将引发的第三次生物技术革命，可望在人类健康、环境、能源、农业等领域产生革命性发展。中国合成生物基因组的专家们认为，基因组设计合成研究具有重要意义，主要体现为：
　　
　　首先，基因组设计合成研究将颠覆生命科学研究范式，极大提高人类对生命本质的认识水平以及对生命过程的掌控能力。
　　
　　基因组设计合成研究因其潜在的颠覆性影响，被国际学术界广泛关注。国际顶级杂志《Nature》在2016年底的展望中，将基因组合成计划的发起人之一Jef Boeke院士作为2017年最有影响力的10位全球科学家之一。基因组设计合成提供了一种“从创造到理解”的研究思路和方法，采用理性设计和“自下而上”的策略，有目的地设计并合成设定基因组，深化和拓展现有生命科学知识。基因组设计构建合成的研究思想和方法不仅颠覆了当前生命科学的研究模式，也将极大提升了人类对生命工作原理的理解，加深了人类对生命本质的认识。尤其是通过基因组合成研究检验我们当前对基因组的所有认识，将进一步加强我们对生命过程的调节和控制能力，提升人类改造生命甚至创造生命的能力。
　　
　　其次，基因组设计合成将显著提升人类医疗健康水平，打造万亿级产业态势。
　　
　　人类基因病的主要根源在于基因组的遗传信息的不当表达。基因组设计合成研究，将推动基因组调控生命机制的深入认识，通过基因组合成带动并突破的一批关键核心技术。基因组合成研究将产生大量的基因序列与生理特性和功能行为关联的宝贵信息，并驱动规模化基因组合成和基因组编辑技术与方法的发展，为新型生物学治疗方法、疫苗、材料、疾病控制和营养学等方面的基础性研究提供强有力的支撑。可望构建超安全细胞、修复癌症细胞基因组、抵抗衰老等，实现对现有健康产业的颠覆，将快速形成以基因组合成带动的新型生物产业，尤其是针对重大复杂疾病，有望形成万亿级医疗健康产业和千亿级企业的新业态。
　　
　　元英进表示，Sc2.0计划国际化的高效运作模式给国际性大型旗舰项目提供了很好的参考模板。“可以说，Sc2.0计划的实施是基因组编写计划（GP－write）的重要基础。”同时元英进认为，在这个过程中，我国培养了大批具有国际视野的拔尖创新青年人才，中国的基因组设计合成能力也提升到了前所未有的高度。此次国际合作取得的巨大成功将鼓励更多的中国学者更积极地参与到大型国际合作项目中去。

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