2018年8月2日，國際頂級學(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”、美國科學(xué)院院士、紐約大學(xué)醫學(xué)院教授Jef D. Boeke團隊；一篇來(lái)自中國科學(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)驗室覃重軍研究團隊及其合作者。
兩個(gè)成果提及的實(shí)驗和分析各有千秋，但從結果來(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)現人造生命體。
隨著(zhù)中國科學(xué)家在生命科學(xué)領(lǐng)域不斷地取得標志性成果，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，且染色體構型呈環(huán)型，真核生物擁有多條染色體，且染色體構型呈線(xiàn)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。 “人類(lèi)、動(dòng)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(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，因為還有一個(gè)技術(shù)瓶頸需要突破——染色體融合應盡量避免影響基因表達和細胞生長(cháng)，敲除近端粒重復序列，染色體位置順序可以隨機，著(zhù)絲粒位置居中。如何實(shí)現多位點(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，覃重軍團隊帶著(zhù)工匠**，一步一個(gè)腳印，將染色體兩兩精確融合并嚴格驗證，最終取得成功。
具體來(lái)說(shuō)，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(guān)念，對染色體進(jìn)化、染色體復制、端粒生物學(xué)、著(zhù)絲粒生物學(xué)、減數分裂重組以及細胞核結構與功能的關(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，覃重軍研究團隊人工創(chuàng )造的單條線(xiàn)型染色體僅有2個(gè)端粒，為研究人類(lèi)端粒功能及細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計的原則，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，因為一步錯了，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”、美國科學(xué)院院士、紐約大學(xué)醫學(xué)院教授Jef Boeke團隊研究釀酒酵母四十余年，卻沒(méi)能完成一條染色體的融合，結果讓一個(gè)“外行人”搶得先機，覃重軍笑言自己很幸運。其實(shí)，翻看覃重軍2013年至2018年對于科學(xué)思考、實(shí)驗設計等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)習的覃重軍鼓勵大家勇于探索。他說(shuō)，偉人都需要有名人名言，他也學(xué)著(zhù)整理了一條：“靠想象力打開(kāi)未來(lái)一扇扇大門(mén)，靠理性選擇其中正確的一扇。”
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