原核細胞與真核細胞統一性的表現（人造單染色體真核細胞）

2023-07-31 23:11:18 1

覃重軍

2018年8月2日，國際頂級學術期刊《Nature》雜誌頗為罕見地刊發了同一「選題」的兩篇科研成果：一篇出自人工合成領域「老將」、美國科學院院士、紐約大學醫學院教授Jef D. Boeke團隊；一篇來自中國科學院分子植物科學卓越創新中心/植物生理生態研究所合成生物學重點實驗室覃重軍研究團隊及其合作者。

兩個成果提及的實驗和分析各有千秋，但從結果來看，前者只做到「16合2」，而後者做出了「16合1」。

這一次，中國領跑了。

11月4日，在2018騰訊WE大會上，覃重軍和我們講述了這一領跑背後的故事：一切都要從2013年5月8日那一天覃重軍散步中迸發的靈感說起。

1995-2001年，在美國史丹福大學就讀的覃重軍師從基因工程的創始人之一Stanley N.Cohen教授。當時經典的基因工程已經很成熟，喜歡思考的覃重軍開始了一個美麗的夢——用基因組工程技術實現人造生命體。

隨著中國科學家在生命科學領域不斷地取得標誌性成果，包括人工合成蛋白質、tRNA、染色體DNA，人造生命體這個「夢」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，且染色體構型呈環型，真核生物擁有多條染色體，且染色體構型呈線型。能否打破自然生命的界限是覃重軍在散步時不斷思考的問題。

2013年5月8日，正在散步的覃重軍突然想到，或許通過釀酒酵母就可以實現。 「人類、動物、植物、酵母等真核生物的染色體數目是多條的但是『隨機的』，酵母可以像原核生物一樣將所有遺傳物質組裝在一條染色體上。」 覃重軍解釋道。

此時，雖然材料已經確定，但是到底是否可以人造一個單染色體的真核生物並具有正常的功能？覃重軍並不確定，因為還有一個技術瓶頸需要突破——染色體融合應儘量避免影響基因表達和細胞生長，敲除近端粒重複序列，染色體位置順序可以隨機，著絲粒位置居中。如何實現多位點同時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（CRISPR/Cas9）「橫空出世」，天時地利人和，覃重軍團隊帶著工匠精神，一步一個腳印，將染色體兩兩精確融合併嚴格驗證，最終取得成功。

具體來說，覃重軍研究團隊的這項研究建立了一系列具有十六條染色體連續融合的菌株，顛覆了染色體三維結構決定基因表達的傳統觀念，對染色體進化、染色體複製、端粒生物學、著絲粒生物學、減數分裂重組以及細胞核結構與功能的關係具有重要價值，為酵母遺傳學研究提供了新材料、新思路。

而且，與天然釀酒酵母的32個端粒相比，覃重軍研究團隊人工創造的單條線型染色體僅有2個端粒，為研究人類端粒功能及細胞衰老提供了很好的模型。

覃重軍幽默地說，這個故事的起源是大膽的猜想，但猜想之後就是確定理性設計的原則，再加上核心技術的配合，以及「工程化」精確實施。四要素缺一不可，因為一步錯了，整個「大廈」就會垮了。

世界真的很奇妙，人工合成領域「老將」、美國科學院院士、紐約大學醫學院教授Jef Boeke團隊研究釀酒酵母四十餘年，卻沒能完成一條染色體的融合，結果讓一個「外行人」搶得先機，覃重軍笑言自己很幸運。其實，翻看覃重軍2013年至2018年對於科學思考、實驗設計等2000頁手稿，我們就知道任何成功從來都不是一蹴而就的，科研更是。

將牛頓、愛因斯坦標視為自己偶像，並將他們的畫像貼在辦公室裡時刻提醒自己要向「偉人」學習的覃重軍鼓勵大家勇於探索。他說，偉人都需要有名人名言，他也學著整理了一條：「靠想像力打開未來一扇扇大門，靠理性選擇其中正確的一扇。」

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