探戈博士2018-03-09 08:23:202017年3月10日，美國《科學》雜誌以封面故事形式發表7篇關於釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2。0）的重大研究論文，繼2014年完成第一條釀酒酵母染色體合成後，又人工合成5條釀酒酵母染色體，其中4條由中國科學家領導完成，Sc2。0國際委員會計劃在今年年底，完成釀酒酵母全部16條染色體的人工合成，並創造出第一個人工合成真核生命，而這只是合成生命時代的開始。
釀酒酵母基因組合成計劃
2010年5月，美國著名科學家雷格·文特爾（Craig Venter）團隊在《科學》雜誌發表論文，宣佈人工合成絲狀支原體基因組，並將該合成基因組移植到山羊支原體細胞中，創造了第一個人工合成原核生命，從而開啟了合成生命時代的大門，在國際上引起極大的轟動和震撼。
文特爾博士也被譽為“合成生命”之父，他隨後在其撰寫的《生命的未來——從雙螺旋到合成生命》一書說，“合成生命”是指完全由人工合成的DNA染色體控制的細胞所形成的生命。文特爾團隊之所以選擇絲狀支原體，是因為該生物是一個結構簡單的單細胞微生物，基因組全長僅為110萬個鹼基對，只有酵母的1/11，人類的1/2700。但即使如此簡單的單細胞人工合成生命，要完全人工合成也並非易事，文特爾團隊的20多位科學家歷時10年，耗資約4000萬美元才得以成功。
2007年，當文特爾團隊正在緊張開展支原體基因組合成之時，當時仍在美國約翰霍普金斯大學工作的美國科學院院士傑夫·伯克（Jef Boeke）及同事萌生了人工合成釀酒酵母染色體的想法，並於2011年完成釀酒酵母9號染色體短臂的重新設計和人工合成，這個短臂是所有酵母染色體中較小的臂，僅有9萬個鹼基對，但是在當時是一個不小的挑戰，花費了DNA合成公司近一年時間，之後研究人員將合成的9號染色體短臂植入酵母細胞內，替換掉原來的9號染色體短臂，結果發現，人工合成的9號染色體短臂在酵母細胞內能正常發揮功能。
9號染色體短臂的成功，堅定了傑夫·伯克教授及同事的信心，他們又設計和合成一條完整的釀酒酵母3號染色體，並正準備單打獨鬥地開始其它染色體的合成工作時，中國天津大學元英進教授、深圳華大基因研究院楊煥明院士等人的加入，讓釀酒酵母基因組合成計劃變成了一個大型國際合作專案，2012年中國科學家在北京發起舉辦了第一屆釀酒酵母基因組合成國際會議，英國、法國、澳大利亞、新加坡等國家的科學家也加入其中。
之後，各國研究團隊對釀酒酵母的16條染色體人工合成工作進行了分工，其中天津大學將完成5號和10號染色體，清華大學負責12號染色體，華大基因獨立負責13號染色體，並與英國愛丁堡大學合作完成2號和7號染色體，該專案主要由美國國家科學基金會、中國國家自然基金、“863”計劃、英國生物技術和生物科學研究理事會等機構資助。
構建基因組就像搭積木
2014年，已到紐約大學任教的伯克教授及其同事在《科學》雜誌正式宣佈第一條真核生物染色體人工合成成功，即釀酒酵母的3號染色體，研究人員先利用計算機軟體對3號染色體的原有序列進行了分析和重新設計，去掉了其中的“多餘”序列，包括一些重複序列，基因的內含子序列等，這些序列約佔原序列的14%，去掉端粒酶序列，代之以合成的端粒酶序列，同時在一些非編碼區加入了LoxP位點，這是分子生物學上常用的基因編輯工具，在與Cre酶配合下，可以將外源DNA整合到酵母基因組中，以便進一步改造釀酒酵母，用來生產藥物蛋白、生物燃料等。
這些基因組設計看上去簡單，但往往需要分子生物學、化學和計算機學等領域的眾多專家通力合作，設計工作完成後，接下來的工作就是人工合成，這一過程更加繁瑣，且工作量巨大，不過伯克教授想到了一個好主意，就是化整為零，他在約翰霍普金斯大學開設了一門“構建一個基因組”的夏季培訓班，很受大學生的歡迎，吸引了生物學、工程學、計算機學和其它專業的學生參與，每期都人滿為患。在這個培訓班裡，構建基因組就像搭“積木”，在專家們的指導下，每一個學生負責一段約1萬個鹼基對DNA“積木”的設計和合成，然後將這些小“積木”拼接成3萬到6萬鹼基對的 “大積木”，再將“大積木”轉入酵母細胞內，讓它們去搶佔酵母自身基因組片段的位置，當一條酵母染色體的原有基因組序列全部被人工合成序列替代時，再進行一些小的修改，一條人工合成酵母染色體就宣告搭建完成。
這個培訓班既解決了酵母染色體人工合成的工作量問題，也培養了很多合成生物學研究的後備人才，這裡的很多學生後來成為了酵母染色體人工設計和合成的主力軍，有些本科生甚至成為《科學》等頂級學術雜誌研究論文的主要作者。這一做法得到了Sc2。0計劃其它研究小組的效仿，上述過程也成為其它染色體人工合成工作的基本流程。
中國科學家引領新突破
不過，釀酒酵母其它染色體大多比3號染色體複雜，最長的4號染色體有153萬個鹼基對，是3號染色體的5倍，顯然不能簡單照搬3號染色體合成的做法，需要更多的技術創新和繁重工作，中國科學家走在了國際團隊的前面。
2017年3月10日，《科學》雜誌以封面故事形式線上提前發表7篇釀酒酵母合成的研究論文，宣佈人工合成第2號、第5號、第6號、第10號和第12號等5條酵母染色體，其中4條由中國科學家完成，這一成就也被《人民日報》評價為“史無前例”。
天津大學化工學院元英進教授是最早參加到Sc2。0計劃的中國科學家，此次該團隊完成了5號、10號染色體的化學合成，這兩條合成染色體的長度分別為53。6萬個鹼基對和70。7萬個鹼基對，在構建5號染色體時，該團隊採用CRSIPR/Cas9基因編輯技術對釀酒酵母的缺陷突變都進行了修正，而在構建10號人工染色體時，該團隊發明了一種基於PCR的檢測技術，可以對染色體人工合成和拼接時產生的錯誤進行精準檢測。
清華大學生命科學學院戴俊彪研究員的團隊完成了12號染色體的合成。天然釀酒酵母12號染色體長度約為260萬個鹼基對，包括長約108萬個鹼基對的染色體DNA以及一個長約150萬個鹼基對、主要由重複單元組成的編碼核糖體RNA的核糖體DNA區域，該團隊不僅將該染色體序列縮減至97。6萬個鹼基對，還對核糖體DNA進行了改造，可以在不同染色體位置進行核糖體RNA的再生，從而實現了對高度重複的編碼核糖體RNA基因簇進行編輯與操控，這也是目前最長的人工合成染色體。
深圳華大基因研究院楊煥明院士團隊聯合英國愛丁堡大學完成了2號染色體的合成，2號染色體的合成長度為77萬個鹼基對，該團隊研究人員發明了新策略，可以讓染色體組裝時間縮短一半以上，同時使用“貫穿組學（Trans-Omics）”方法，對合成染色體進行基因型－表現型的深度關聯分析，證明了人工設計合成的釀酒酵母基因組的高度可編輯性。華大基因除了2號染色體的合成工作，還將獨立完成13染色體的合成，以及與英國愛丁堡大學合作完成7號染色體的合成任務，其工作量佔到Sc2。0計劃中國團隊工作量的一半以上。
中國科學家的積極參與讓Sc2。0計劃成為大型國際合作專案，他們的非凡努力也大大加快了該計劃的程序，所採用的很多創新技術也可為其它研究團隊借鑑。楊煥明院士對《人民日報》說，“2000年公佈的人類基因組測序，中國只承擔了百分之一的工作，這次我們完成了釀酒酵母染色體合成的四分之一，可以說是中國在合成生物學領域取得的突破性成果，進一步奠定了我國在這一領域的國際地位。”對於中國團隊的傑出貢獻，Sc2。0計劃的牽頭人傑夫·伯克教授表示，中國團隊的加入對Sc2。0計劃來說是變革性的，因為他們為這項龐雜的計劃帶來了高通量的平臺和極具創造性的科研團隊。
“合成生命”的未來
除了已完成的6條染色體，其它10條釀酒酵母染色體也已全部完成改造設計，各國研究團隊正在緊鑼密鼓地進行合成和組裝，Sc2。0計劃將釀酒酵母的基因組序列，從原有的1207萬個鹼基對縮減至1135萬個鹼基對，並加入近4000個LoxP位點，近20萬個鹼基對的PCR檢測序列，同時刪除15萬個鹼基對的重複序列。
在最近5條染色體人工合成順利完成的鼓舞下，Sc2。0計劃的國際委員會宣佈，將在2017年底完成所有染色體的人工合成和組裝，屆時將創造出第一個完全由人工合成染色體控制的酵母細胞，合成生命時代將進入新紀元。
作為真核生物的重要模式生物，釀酒酵母的人工合成成功，將幫助科學家更深刻地理解一些基本的生物學問題，掌握在基因組水平對真核細胞進行改造和調控等能力，藉此還可以將釀酒酵母改造成生物反應器，在醫藥、能源、環境等領域發揮更大的應用潛力。
但是對於合成生命研究，釀酒酵母人工合成只是開始。2016年6月，以傑夫·伯克教授和哈佛大學醫學院喬治丘奇教授為首的全球25名科學家聯名在《科學》雜誌上宣佈，將啟動“基因組編寫計劃”（The Genome Project-Write），近期目標是合成1％的人類基因組，遠期目標包括在10年內合成一個完整的人類基因組，同時計劃將基因組合成研究擴充套件到所有植物、動物和微生物，該計劃預計將耗資30億美元，目前已從政府部門、企業、私人投資者手中募集到1億美元，並提出6個先導專案，包括構建特定染色體或複雜癌症基因型以更全面地模擬人類疾病、修改豬基因組以用於異種器官移植等。同年9月，深圳華大基因也宣佈啟動雄心勃勃的“基因組合成2020計劃”，將在2020年前完成四大突破，包括第一個人造動物——線蟲、第一種人造植物——擬蘭芥、第一條人源21號染色體以及萬種人工噬菌體的合成。
儘管這些宏偉的國際科研專案困難重重，同時面臨很多倫理和法律的爭議，但是科學家們希望能早日完成，或許十年後地球上至少是實驗室裡可能出現更多合成生命體，甚至包括人類自己。
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柳小慶2018-03-08 22:44:33合成生物學的發展可以說是今後生命科學的一個新熱點，這新熱點不僅僅是科研上的熱點，而且還是科研與應用聯絡最緊密的一個熱點之一。為什麼這麼說，那就先看看合成生物學概念或者其所做的事情是那些。合成生物學是利用現代基因合成技術和工程學原理以及生物資訊學方法從基因片段、DNA分子、基因調控網路與訊號傳導路徑到細胞的人工設計與合成。簡單的而又
誇張的
說就是你想要啥就設計一個生命系統把你的夢想成真。
但是合成生物學真的已經做了很多不可思議的事情。在科研上，發一篇SCIENCE文章的意義是啥估計一般人都清楚，因為有無數科研工作者一輩子都發不了這樣一篇文章，或者有的學校或科研院所的學術歷史上就沒發過這樣的類似的頂級文章。但是就在去年（2017年）Science就以特刊的形式刊發了7篇合成生物學的文章，而且這七篇文章都是同一個主題——人工合成酵母染色體。自中國科研院所的成果就佔了過半數，其中清華大學生命科學院戴俊彪課題組1篇，合成生物學基礎堅實的天津大學元英進課題組2篇，另一篇就是來自一個企業——華大基因！
在應用上，只要你去參加一個工業微生物的學術會議，你會發現來自全國各地的個科研小組利用人工改造的微生物細胞可以生產各種物質。吃喝穿用的各種原材料、半成品、成品、醫藥等各種活性物質均可在人工設計改造的微生物細胞中高效的合成。
cnBeta2019-07-02 16:50:38來自羅格斯大學和萊斯大學的研究人員揭開了地球生命的一些起源之謎。在研究了現代細胞新陳代謝的關鍵蛋白質之後，研究小組對一種簡化了的蛋白質進行了逆向工程。據悉，這種蛋白質可能在遠古時代就啟動了新陳代謝的過程。
為了證明這個想法，他們把這種蛋白質植入到活細菌中，而結果確實證實了這點。
據瞭解，這種蛋白質屬於一種叫做鐵氧化還原蛋白的蛋白質。這些蛋白質就像生物電容器一樣，透過利用鐵和硫叢集接受一個分子中的電子然後其傳遞到另一個分子上。這使得它們對細菌、植物和動物的新陳代謝過程至關重要。
現代鐵氧化還原蛋白雖然有著一系列複雜的形式，但人們相信，所有這些都來自遙遠過去的一個要簡單得多的版本。在早先的一項研究中，羅格斯大學的研究人員設計了一種小型合成鐵氧化還原蛋白，它可能類似於數十億年前生命使用的進化積木。
在這項新研究中，羅格斯大學和萊斯大學的研究人員對這些合成蛋白質進行了測試，即觀察它們是否在生命形式中發揮了預期的作用。研究人員將大腸桿菌的基因組進行了編輯，他們刪除了大腸桿菌自然生成鐵氧還蛋白的基因，然後將其剪接到一個經過工程處理、更簡單的鐵氧化還原蛋白基因中。
團隊建立了幾個不同的變體，結果發現，儘管大腸桿菌菌落的生長速度比平常要慢，但它們都存活了下來。
這帶來了多個重要意義。首先，它提高了人們對地球早期生命進化的理解，可能還包含了外星人的進化；另外，這一突破還對合成生物學也非常重要。通過了解新陳代謝的工作原理以及如何利用新陳代謝，科學家們可以為微生物編寫擁有各種用途的程式。
據悉，相關研究報告已發表在《Proceedings of the national Academy of Sciences》上。
手機使用者750225078042019-07-02 20:27:45合成生物學是人類的未來。
使用者39529148009602019-07-03 07:58:23合成生物學的結論是，謎途中的西醫科研假想。
面對西醫藥不能根治疾病，對人體產生毒副作用束手無策的西醫科研。無論是生命基因研究，幹細胞研究，生物醫藥研究，合成成物學研究。結果只有一個，失敗。
中國暗度陳倉科研軍團代表：丁