中国科学家搞了大事情:让酵母菌在无限可能中"成长"

　　来源：科学人公众号

　　原标题：中国科学家们搞了个大事情，让酵母菌在无限的可能中找到更好的自己……

　　上个月，叫兽君的朋友圈被一则“中国科学家再造人工合成生命”的新闻刷屏了。该报道称，中国科学家以“史无前例”的姿态，用封面文章的形式，在顶级期刊《科学》杂志上同时发表了4篇论文。论文称科学家们从头编写了一种真核生命——酿酒酵母的DNA，从而创造了人造的真核生命。

图1。《Science》专刊封面。那些长得像草又像蘑菇的棒状物是酵母的染色体，而那些金色的部分是人工合成的染色体。人工合成的染色体结构和遗传信息与天然的染色体相似，例如我们都可以看到一圈圈缠绕在一起的像电话线一样的DNA。图片来源于《science》杂志

　　得知此消息的朋友们纷纷跑来向我求证，说这回中国科学家又搞了个大新闻啊，连合成生命都开始搞了？这个人造的酵母到底有啥用啊？甚至有人感到了恐慌——这次搞了个酵母，下回是不是要做人造人了？当然，也有好多人问我要人工合成生命女神的电话…

“人造生命女神”、2号染色体合成文章第一作者，华大基因合成与编辑平台负责人沈玥博士和她的小伙伴们

　　大新闻是咋回事？

　　这次报道的主角——人工合成酵母基因组项目（Sc 2.0项目），旨在重新设计合成一个真核单细胞微生物——酵母的16对染色体，即合成世上首例人造酵母。这个项目是由杰夫·博克（Jef Boeke）教授发起，多国团队共同参与的国际项目。截止目前，科学家们一共合成了16对目标染色体中的6对半。这次《科学》杂志以专刊形式报道的就是其中5条合成染色体的最新研究进展。专刊中有4篇文章是中国科学家的工作成果，说明中国在合成生命的科研领域已经走在了世界的最前列。此处应真心的为中国的科学团队点赞！

图2。迄今为止人类已合成的酵母染色体示意图。左边是用合成酵母和野生酵母菌落画出来的染色体示意图，金色的是含合成DNA的酵母菌落，蓝色则是野生的。大家数一数，看看现在有多少条是合成了的，多少条是还没合成的？图片来源于《science》杂志

　　科学家是直接合成出一个酵母吗？

　　很遗憾，由于细胞的成分结构太复杂，科学家还无法通过化学方法直接合成出细胞的全部成分。但是没关系，也没有必要重新合成那么多复杂的东西。有更简单直接的办法——合成操纵着生命核心密码的DNA。首先，科学家们用电脑程序重新设计了酵母菌的DNA序列，然后通过化学合成的方式合成出寡核苷酸链（就是超级短的DNA）。因为化学合成越长的DNA越容易出错，成本很高，穷苦的科学家们hold不住啊。所以只能先合成短的DNA，再像拼积木一样拼接出长的DNA。你问为什么不直接化学合成全部DNA？我只能告诉你…

　　完成这一步之后，再把酵母体内天然的DNA替换为合成的DNA，就算完成了人造生命。当然，现在我们只完成了一部分染色体的合成，等16对染色体全部合成完毕，将它们整合进一个酵母中，形成完整的“人造基因组”，才能最终诞生真正意义上的人造酵母。

图3。 人造酵母染色体合成流程示意图。首先使用化学合成方法合成一系列长度60-80个碱基对的寡核苷酸链。由于相邻的寡核苷酸链被设计为部分重叠互补，可以使用PCR反应将这些寡核苷酸链组装成750个碱基对长度的building block。将buildingblock导入酵母中，利用酵母的同源重组能力将building block组装成2-4千个碱基对长的minichunk。再将minichunk放到同一个酵母中，再次利用酵母的同源重组能力，将天然的DNA逐步替换为合成的DNA。对于每个合成的染色体，具体的方法有所差异与创新，但大体思路相同。有兴趣的小伙伴可以阅读文献中的方法。图片引用自：Annaluru，N。， Muller， H。， Mitchell， L。 A。， Ramalingam， S。， Stracquadanio， G。， Richardson，S。 M。， 。 。 。 Chandrasegaran， S。 （2014）。 Total Synthesisof a Functional Designer Eukaryotic Chromosome。 Science， 3