2018年8月2日，國(guó)際頂級(jí)學(xué)術(shù)期刊《Nature》雜志頗為罕見(jiàn)地刊發(fā)了同一“選題”的兩篇科研成果：一篇出自人工合成領(lǐng)域“老將”、美國(guó)科學(xué)院院士、紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Jef D. Boeke團(tuán)隊(duì)；一篇來(lái)自中國(guó)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(duì)及其合作者。
兩個(gè)成果提及的實(shí)驗(yàn)和分析各有千秋，但從結(jié)果來(lái)看，前者只做到“16合2”，而后者做出了“16合1”。
這一次，中國(guó)領(lǐng)跑了。
11月4日，在2018騰訊WE大會(huì)上，覃重軍和我們講述了這一領(lǐng)跑背后的故事：一切都要從2013年5月8日那一天覃重軍散步中迸發(fā)的靈感說(shuō)起。
1995-2001年，在美國(guó)斯坦福大學(xué)就讀的覃重軍師從基因工程的創(chuàng)始人之一Stanley N.Cohen教授。當(dāng)時(shí)經(jīng)典的基因工程已經(jīng)很成熟，喜歡思考的覃重軍開(kāi)始了一個(gè)美麗的夢(mèng)——用基因組工程技術(shù)實(shí)現(xiàn)人造生命體。
隨著中國(guó)科學(xué)家在生命科學(xué)領(lǐng)域不斷地取得標(biāo)志性成果，包括人工合成蛋白質(zhì)、tRNA、染色體DNA，人造生命體這個(gè)“夢(mèng)”看上去似乎不再是遙不可及。我們知道，原核生物擁有1條染色體，且染色體構(gòu)型呈環(huán)型，真核生物擁有多條染色體，且染色體構(gòu)型呈線型。能否打破自然生命的界限是覃重軍在散步時(shí)不斷思考的問(wèn)題。
2013年5月8日，正在散步的覃重軍突然想到，或許通過(guò)釀酒酵母就可以實(shí)現(xiàn)。 “人類、動(dòng)物、植物、酵母等真核生物的染色體數(shù)目是多條的但是‘隨機(jī)的’，酵母可以像原核生物一樣將所有遺傳物質(zhì)組裝在一條染色體上。” 覃重軍解釋道。
此時(shí)，雖然材料已經(jīng)確定，但是到底是否可以人造一個(gè)單染色體的真核生物并具有正常的功能？覃重軍并不確定，因?yàn)檫€有一個(gè)技術(shù)瓶頸需要突破——染色體融合應(yīng)盡量避免影響基因表達(dá)和細(xì)胞生長(zhǎng)，敲除近端粒重復(fù)序列，染色體位置順序可以隨機(jī)，著絲粒位置居中。如何實(shí)現(xiàn)多位點(diǎn)同時(shí)切割與高效同源重組，是擺在覃重軍面前的難題。恰逢那一年基因編輯技術(shù)（CRISPR/Cas9）“橫空出世”，天時(shí)地利人和，覃重軍團(tuán)隊(duì)帶著工匠**，一步一個(gè)腳印，將染色體兩兩精確融合并嚴(yán)格驗(yàn)證，最終取得成功。
具體來(lái)說(shuō)，覃重軍研究團(tuán)隊(duì)的這項(xiàng)研究建立了一系列具有十六條染色體連續(xù)融合的菌株，顛覆了染色體三維結(jié)構(gòu)決定基因表達(dá)的傳統(tǒng)觀念，對(duì)染色體進(jìn)化、染色體復(fù)制、端粒生物學(xué)、著絲粒生物學(xué)、減數(shù)分裂重組以及細(xì)胞核結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系具有重要價(jià)值，為酵母遺傳學(xué)研究提供了新材料、新思路。
而且，與天然釀酒酵母的32個(gè)端粒相比，覃重軍研究團(tuán)隊(duì)人工創(chuàng)造的單條線型染色體僅有2個(gè)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。
覃重軍幽默地說(shuō)，這個(gè)故事的起源是大膽的猜想，但猜想之后就是確定理性設(shè)計(jì)的原則，再加上核心技術(shù)的配合，以及“工程化”精確實(shí)施。四要素缺一不可，因?yàn)橐徊藉e(cuò)了，整個(gè)“大廈”就會(huì)垮了。
世界真的很奇妙，人工合成領(lǐng)域“老將”、美國(guó)科學(xué)院院士、紐約大學(xué)醫(yī)學(xué)院教授Jef Boeke團(tuán)隊(duì)研究釀酒酵母四十余年，卻沒(méi)能完成一條染色體的融合，結(jié)果讓一個(gè)“外行人”搶得先機(jī)，覃重軍笑言自己很幸運(yùn)。其實(shí)，翻看覃重軍2013年至2018年對(duì)于科學(xué)思考、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等2000頁(yè)手稿，我們就知道任何成功從來(lái)都不是一蹴而就的，科研更是。
將牛頓、愛(ài)因斯坦標(biāo)視為自己偶像，并將他們的畫(huà)像貼在辦公室里時(shí)刻提醒自己要向“偉人”學(xué)習(xí)的覃重軍鼓勵(lì)大家勇于探索。他說(shuō)，偉人都需要有名人名言，他也學(xué)著整理了一條：“靠想象力打開(kāi)未來(lái)一扇扇大門，靠理性選擇其中正確的一扇。”
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