華大基因合成生物學項目負責人沈玥還不到30歲，卻已經是所在團隊年齡最大的一位。從華大基因位於深圳鹽田區的總部辦公樓，可以看到鹽田港的集裝箱和往來的貨車，而沈玥和國內外同行們正在從事的合成生物學研究，未來或將為貨輪、貨車等提供性能更佳的生物燃料，而且在生物降解、食品加工、醫藥等領域有廣泛應用空間。

　　與“合成生物學”這樣相對學術的詞彙相比，其分支之一“人工合成生命”受到更大的關注。10月23日，在深圳舉辦的第十屆國際基因組學大會（ICG—10）上，美國紐約大學教授Jef Boeke宣佈“釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0項目）”取得了重大突破，已完成5條染色體的全合成及功能驗證，其中有4條分別來自深圳華大基因研究院、天津大學和清華大學。這進一步證明了人工合成生命體系的可行性。

　　沈玥告訴南方日報記者，隨著基因測序等技術的發展和成本的降低，合成生物學必將成為“讀”基因之後最重要的應用方向之一，有潛力催生下一次生物科技革命。

　　中國科學院深圳先進技術研究院院長樊建平此前也表示，在合成生物學、基因等領域，每個産業僅在中國都會有超過1億元的産值，有可能會誕生新的“華為”、“騰訊”。

　　●南方日報記者 馬芳

　　A 從“讀”基因到“寫”基因

　　沈玥與合成生物學的結緣始於2011年。早期在華大基因內部有一些興趣小組，經常組織討論國際上最前沿的學術進展，原本從事癌症資訊分析工作的沈玥和其他做動物、植物、微生物研究的同事們都對合成生物學這一新興領域感興趣。

　　最吸引沈玥的是，她可以從原來“讀”基因的工作到“寫”基因的新階段。“當你能夠從‘讀’基因到‘寫’基因，仿佛有一種上帝造物的感覺，工作更有創造性。”在她看來，合成生物學是後基因組學時代最突出的一個方向，自己原本從事的基因組學工作是一個基礎，而合成生物學能夠真正改變未來。

　　合成生物學是基因組時代生命科學研究的新興領域，在本世紀初就已經成為現代生命科學的研究熱點。2004年《技術評論》認為“合成生物學”將成為改變世界的十大技術之一；2005年《自然》雜誌又刊發專刊介紹生物合成學科的進展；2010年《科學》雜誌刊登了題為《首個由化學合成基因組控制的細菌被合成》的文章，文章作者克雷格·文特爾還曾預言合成生物學可以直接帶來億萬美元的生物産業。

　　2011年11月，在第六屆國際基因組學大會（ICG—6）上，華大基因與Jef Boeke教授當時任職的美國約翰·霍普金斯大學簽署了《人工合成酵母基因組研究與教育合作協議》，宣佈雙方將聯合開展人工合成酵母基因組研究，並希望能在人工釀酒酵母基因組的構建方面取得更多的突破，華大基因正式加入釀酒酵母基因組人工合成計劃（Sc2.0項目）。

　　B Sc2.0項目中國團隊已承擔50%任務量

　　沈玥告訴記者，Jef Boeke教授從2006年就已啟動了人工合成酵母基因組研究，Jef Boeke一度認為自己在有生之年可能無法看到該項目的完成，而當中美英澳等研究團隊陸續加入後，卻改變了想法。

　　沈玥回顧説：“華大基因之所以要加入Sc2.0項目，是因為這是人類首次嘗試改造和從頭合成真核生物，具有里程碑的意義，而且能夠為華大基因今後在合成生物學方面的産業發展做一些技術儲備。之所以能夠加入，也因為華大基因的優勢與這個項目非常契合，在合成之後有大量的功能試驗、測序工作要做，這正是華大基因的優勢。”

　　事實證明，Jef Boeke教授的想法很快得到了驗證。2014年3月，來自中國、澳大利亞、新加坡、英國、美國等國的研究人員在美國《科學》雜誌發表文章，宣佈他們成功合成了第一條能正常工作的酵母染色體，深圳華大基因研究院、天津大學、清華大學的研究人員負責了部分染色體的合成。

　　如今，酵母菌的16條染色體中又有5條染色體已完成全合成及功能驗證，其中的四條分別由深圳華大基因研究院、天津大學和清華大學完成。與當年耗時5年合成第一條能正常工作的酵母染色體不同，後來合成的5條染色體中雖然大部分含有的鹼基數量都更多，但由於前幾年的積累和中外團隊的協作，完成速度卻更快，如沈玥所在的華大基因團隊前後耗時一年半就完成了有80萬鹼基的2號染色體合成。

　　沈玥告訴記者，中國協作組在該項目中參與度極高，這5條染色體一共含有320萬鹼基，其中中國研究人員完成了94%，從Sc2.0項目啟動以來的總任務量來看，中國團隊承擔了50%，其中華大基因承擔20%。

　　按照規劃，Sc2.0項目將攻堅全部酵母菌的16條染色體，用Jef Boeke的話説：“那時才是真正收穫成功的時候，我們如果能夠對其所有的基因做控制，那麼能夠做到的事情就很多了。”沈玥告訴記者，Sc2.0項目各方希望2018年能夠完成16條染色體的全合成及功能驗證。

　　C 被應用於食品改良、生物燃油等領域

　　過去，人們用酵母來製造啤酒、生物燃料及藥物等。現在，酵母配備了人工合成的染色體後不僅可以具有原來的能力，還有比天然酵母更多的功能。

　　沈玥打了一個比方，如果自然界原有的酵母是一件用棉布做成的時裝，人工合成的酵母基因組像是用自然界不存在的布料，設計製作出一套色彩、功能更豐富的時裝，難點在於“布料”的設計和獲取上，需要通過大量的資訊分析和實驗操作來“創造”出合成所需的若干DNA片段作為“布料”，然後不斷驗證這些“布料”是否能夠做成想要的“時裝”。

　　10月23日，Jef Boeke教授在深圳舉辦的第十屆國際基因組學大會上表示，Sc2.0項目協作組計劃利用人工設計合成基因組這一技術優勢，選育在溫度、酸鹼度等不同發酵條件下明顯有生長優勢的菌株，用於實際生産應用的開發，如食品改良、生物燃油等等。

　　沈玥告訴記者，合成生物學的應用範圍非常廣泛，近年來中外的企業和科研機構在生物材料、生物燃油、腫瘤治療、污染物處理等方面的産業化應用已初現端倪，如深圳某醫院就在研究利用合成生物學設計帶有藥物的載體進行腫瘤靶向治療，制藥公司賽諾菲—安萬特公司已經獲准使用合成生物學改造的釀酒酵母菌生産青蒿素。

　　青蒿素是當前一線抗瘧疾藥物中的一種重要的化學物質，中國中醫科學院研究員屠呦呦因發現了青蒿素獲得2015年諾貝爾生理學或醫學獎。“用酵母合成青蒿素是合成生物學一個典型的應用範例。”沈玥説，青蒿素的原材料大部分來自中國，如果能夠實現人工合成青蒿素，將打破了青蒿素受原料資源限制的困境。

　　沈玥還透露，Sc2.0項目組在完成每條酵母染色體的合成及功能驗證後，都在做一些測試，如英美幾個合作單位已經申請相關經費，用新的酵母合成菌株做相關的産業測試。

　　D 人工合成生命倫理問題引關注

　　Sc2.0項目的進展進一步證明了人工合成生命體系的可行性，但提到人工合成生命，人們常常會想到人造“人類”。在英國小説家阿道司·赫胥黎1932年出版的長篇科幻小説《美麗新世界》中曾描述過，由於社會與生物控制技術的發展，人類從基因和胎兒階段就開始淪為壟斷基因公司和政治人物手中的玩偶。

　　在沈玥看來：“從技術層面來講，現在的合成設計能力完全受限于我們對生命體的理解，當我們對生命體的理解達到一定程度，人造‘人類’從技術上來看或許不是難題，更多需要考慮待解決的是科學問題和倫理等方面的問題。”

　　隨著人工合成生命取得重大階段性進展，生物倫理安全也備受關注。在第十屆國際基因組學大會期間，來自英國倫敦國王學院的著名社會學家Nikolas Rose教授對合成基因組學發展現狀及因此引起科學界和公眾強烈關注的生物倫理安全問題作了深入分析，呼籲研究人員應主動承擔起對研究成果的評估及對公眾進行知識普及的責任。

　　沈玥告訴記者，釀酒酵母作為最簡單和第一個完成全基因組測序的真核生物，完整的酵母基因組測序早在1996年就已經完成，它也是人們了解得最全面的生物系統之一，被廣泛應用於生物降解、食品加工、醫藥等領域，這使得它成為合成生物學研究最理想的模式生物。在Sc2.0項目的具體執行過程中，各方遵循的三大原則之一就是要近似野生酵母的性狀。

　　她表示，許多技術在發展過程中都會帶來潛在的風險，合成生物學也不例外，但科研人員可以做的是更多地主動承擔起科普的責任，將研究公開化、透明化，在Sc2.0項目中，很多分析結果、菌株都是對外公開的，其他研究機構也可以利用項目組的菌株做其他研究。

　　近期，Sc2.0項目協作組在遺傳學雜誌Genetics發表了題為《Freedom and Responsibility in Synthetic Genomics：The Synthetic Yeast Project》的文章，就生物倫理和政策監管方面的問題進行了深入的探討，並針對Sc2.0項目做出了生物倫理規範聲明。

　　■知多D

　　合成生物學是建立在基因組學、生物資訊學、系統生物學等學科基礎之上的現代生物科學，是基因組時代生命科學研究的新興領域。2010年5月，億萬富翁企業家克雷格·文特爾首次在實驗室創造出人造生命“辛西婭”，讓合成生物學正式走進大眾視野。不過，克雷格·文特爾只是人工合成原核生物的基因組，卻尚未合成真核生物（如酵母）的基因組。

　　真核生物是細胞具有細胞核的所有單細胞或多細胞生物的總稱，包括所有動物、植物、真菌和其他具有膜包裹著的複雜亞細胞結構的生物。

　　2006年啟動的釀酒酵母基因組人工合成計劃（SC2.0 Project）則是人類首次嘗試改造和從頭合成真核生物。研究人員把經過設計的人工合成染色體導入釀酒酵母中，並保證帶有人工合成染色體的酵母菌仍能夠正常存活，而且最終産生的酵母菌將具有不同尋常的屬性。