人造生命 世界首例！中国版“人造生命”问世！

中科院研究团队在世界上首次人工创造了单染色体真核细胞，这是继原核细菌“人工生命”之后的重大突破。北京时间8月2日，这一成果在国际知名学术期刊《自然》上在线发表。

4年后，通过15轮染色体融合，中国科学院分子植物卓越中心/植物生态研究所覃重军研究团队与合作者成功将天然酿酒酵母单倍体细胞的16条染色体融合为一条，染色体“16合1”后的酿酒酵母菌株命名为SY14。

经鉴定，染色体三维结构变化较大的SY14酵母细胞功能正常。除了通过减数分裂减少有性生殖后代外，SY14酵母表现出与野生型酵母几乎相同的转录组和表型谱。从而颠覆了空表达由染色体三维结构决定的传统观点。

另外，单染色体真核细胞的“诞生”突破了真核生物与原核生物界限的传统认知。

在生物学教科书中，自然界的生物分为染色体细胞核被核膜包裹的真核生物和裸染色体被核膜包裹的原核生物。真核生物通常含有多条线形染色体，而原核生物通常含有一条环状染色体。

据专家介绍，研究结果表明，人工干预可以简化自然复杂的生命系统，甚至可以“创造”自然界不存在的生命。

覃重军说，这项研究对提高疾病预防控制水平具有重要意义。

1965年，中国科学家在世界上首次人工合成了一种化学结构与天然分子相同、生物活性完全的蛋白质，开启了人工合成蛋白质的时代。

50多年后的今天，中国科学家在最新的国际科学期刊《自然》上发表论文，宣布首次人工创造具有生物活性的单染色体真核细胞，开启了合成生物学研究的新时代。

中国科学院分子植物卓越中心/植物生态研究所研究员覃重军在新闻发布会上解释了研究结果。新华社

人类能创造生命吗？这一突破的意义何在

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人造纤维，人造卫星，人造材料...在我们的潜意识里，只要是人为的，就没有生命。人类真的能“创造”生命吗？

1996年，克隆羊多莉出生。人们认为这就是所谓的“人工生命”。然而，科学界认为，克隆只是“复制”现有的生物，而不是真正意义上的“创造”。所以，从这个意义上来说，“100%人工生命”还远远没有出现。但中国科学家的最新研究成果，可以算是长征上的一个重要突破，意义重大。

中科院植物生态研究所分子植物卓越中心/合成生物学重点实验室的秦团队，以酿酒酵母为实验对象，利用CRISPR-Cas9基因编辑技术，对酿酒酵母16条染色体的全基因组进行了大规模的修剪和重排，最终“创造”出一个几乎所有遗传信息融合成一条超长线性染色体的酵母细胞。“体检报告”显示，尽管进行了“大手术”，但“全新”酵母细胞的生长、功能和基因表达与天然酵母相似。

中国科学院深圳高级技术研究所研究员戴俊彪认为，这一结果表明，染色体数目与自然进化的现有真核生物(至少是酿酒酵母)的功能没有直接的决定性关系，染色体数目可以人工改变，对细胞生长没有显著影响。这颠覆了染色体天然三维结构决定基因表达的传统观念。

不同于以往对单个染色体或一个长链DNA的微小修复、补充和合成的研究，业内专家认为，这一成果实现了一个物种染色体数目的系统化大规模转化。这说明复杂的自然生命可以通过人工改造简化，最终实现自然界不存在的“人工”全新生命。

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染色体号“16合1”的目的是什么

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在生物学教科书中，自然界的生物根据细胞结构可以分为真核生物和原核生物。真核细胞通常有多条线形染色体，而原核细胞通常有一条环状染色体。面包发酵和酿酒中使用的酵母是生物学研究中最常用的典型真核生物。

2013年5月8日，覃重军大胆猜测真核细胞和原核细胞的分裂并不“明显”，它们可以完全相互交叉。也就是说，真核细胞也可以转化成线性甚至圆形的染色体，装载所有遗传物质，执行正常的细胞功能。于是这一天，他把自己的猜想写进了笔记本。

随后，他和副研究员薛晓丽设计了精确的整体工程设计方案，博士生邵于2013年开始研发高效的染色体融合操作方法。2016年10月，团队成功合成了第一个单染色体真核酵母细胞，随后全部进行“系统体检”。

中国自然科学研究所所长保罗·埃文斯(Paul evans)表示，虽然融合操作显著改变了三维染色体结构，但已证实转化的酵母细胞出人意料地健壮，在不同的培养条件下没有出现重大生长缺陷。

“天然酵母染色体的遗传基因有很多重复序列，增加了细胞的不稳定性，容易导致突变或变异。我们创造的新酵母细胞删除了这些重复序列并简化了它们。”覃重军说。

他透露，“16合1”酵母染色体数目的最终目的是发现自然界复杂现象背后的规律性核心，最终用于治疗人类疾病。“在保证细胞正常存活的前提下，染色体数目越简化，就越容易、越准确地找出生物哪些遗传密码是可变的，哪些是不可变的。”

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单染色体真核细胞已经出来了，然后呢

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人工智能的到来引起了人类的恐慌，强大的机器让人们担心有一天我们会被机器统治，而单染色体真核细胞的出现也可能从另一个角度引起人们的担忧。未来的某一天，人类会创造出比自己更强大的生命吗？

对此，覃重军表示，目前人类对生命基因组遗传密码的运行机制知之甚少。“分子生物学的发展使我们对单个基因有了一定的了解，但我们对它们如何相互合作以及它们如何变化知之甚少。目前我们处于单纯模仿自然的层面。创造一个‘蓝图’几乎是不可能的，尤其是来自大自然，所以离‘100%人工生命’还很远。”

在转化酵母染色体基因组的过程中，覃重军深深感受到了大自然的神奇。“微生物变化很快。如果你做一点改变，自然会以一种完全嘲笑人类理解的方式改变更多的可能性。”

他认为科学家必须有坚定的道德观。“坚决不能做病原生物的改造，因为你不知道最后会发生什么。因此，我们对食用微生物酿酒酵母进行了改造，以找到一种防止其突变和变质的解决方案。”

三分之一的酵母基因与人类同源，人工单染色体真核酵母细胞的诞生为研究人类染色体异常提供了重要模型。端粒是染色体末端的保护性结构，其长度与早衰、基因突变、肿瘤等疾病有关。单染色体真核酵母细胞只有两个端粒，这为研究上述疾病提供了很好的研究基础。在下一步，研究小组将使用这一模型开发一种治疗人类染色体缺陷或增殖的方法。

此外，保罗埃文斯认为，人工单染色体真核酵母细胞也可以成为研究染色体生物学基本概念的有力资源，包括染色体复制、重组和分离，这些都是生物学领域非常重要的课题。

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“创造”单染色体真核生物

合成生物学如何进入新时代

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与人工生命相对应的学科叫做合成生物学。如果基因编辑仍然是对生命遗传物质的“微小改造”，那么合成生物学就是“再创造”。

本世纪初，合成生物学在基因组学、系统生物学和工程学的基础上逐渐形成。经过多年不懈的努力，我国已经形成了一个合成生物学基础科学研究、技术创新和产品开发的团队，一大批重点实验室和研究中心相继建立。

2017年3月，国际学术期刊《科学》发表了由美、中、英等国科研机构共同参与的“人工酵母染色体项目”部分成果。他们用化学方法合成了5条酵母染色体，其中4条是中国科学家合成的，与中国科学家在人类基因组计划中承担的1%基因测序相比，取得了很大进展。

这一成果不仅完全由中国科学家独立完成，还将酵母的16条染色体全部切割组合成一条，在去年前期工作的基础上又迈进了一大步。

如果中国科学家在“合成酵母染色体工程”中发挥主导作用，中国科学家就掌握了“单染色体真核酵母细胞”合成的核心关键技术，得到了国际同行的广泛认可。

接下来，合成生物学如何进入新时代？覃重军认为，“思想上的大胆创新+工程上的精细实施”是中国未来在合成生物学方面取得重大突破的两个不可或缺的因素。“西方合成生物学的研究模式强调精细化工的实施，但仅仅实施工程还远远不够。敢于跳出权威的束缚，以原创的理念引领，才是保持领先优势的关键。”

此外，业内专家一致认为，有必要就合成生物学可能产生的负面影响加强与国际同行的伦理讨论，建立预警机制，完善监管体系。生命是自然界的“工作”，是长期生物进化的结果。下一步，合成生物学要为生物物种和生命基因的变化设置明确的“红色警戒线”，避免破坏现有生态系统，造成生物安全风险。

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