原核细胞与真核细胞统一性的表现（人造单染色体真核细胞）

覃重军

2018年8月2日，国际顶级学术期刊《Nature》杂志颇为罕见地刊发了同一“选题”的两篇科研成果：一篇出自人工合成领域“老将”、美国科学院院士、纽约大学医学院教授Jef D. Boeke团队；一篇来自中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所合成生物学重点实验室覃重军研究团队及其合作者。

两个成果提及的实验和分析各有千秋，但从结果来看，前者只做到“16合2”，而后者做出了“16合1”。

这一次，中国领跑了。

11月4日，在2018腾讯WE大会上，覃重军和我们讲述了这一领跑背后的故事：一切都要从2013年5月8日那一天覃重军散步中迸发的灵感说起。

1995-2001年，在美国斯坦福大学就读的覃重军师从基因工程的创始人之一Stanley N.Cohen教授。当时经典的基因工程已经很成熟，喜欢思考的覃重军开始了一个美丽的梦——用基因组工程技术实现人造生命体。

随着中国科学家在生命科学领域不断地取得标志性成果，包括人工合成蛋白质、tRNA、染色体DNA，人造生命体这个“梦”看上去似乎不再是遥不可及。我们知道，原核生物拥有1条染色体，且染色体构型呈环型，真核生物拥有多条染色体，且染色体构型呈线型。能否打破自然生命的界限是覃重军在散步时不断思考的问题。

2013年5月8日，正在散步的覃重军突然想到，或许通过酿酒酵母就可以实现。 “人类、动物、植物、酵母等真核生物的染色体数目是多条的但是‘随机的’，酵母可以像原核生物一样将所有遗传物质组装在一条染色体上。” 覃重军解释道。

此时，虽然材料已经确定，但是到底是否可以人造一个单染色体的真核生物并具有正常的功能？覃重军并不确定，因为还有一个技术瓶颈需要突破——染色体融合应尽量避免影响基因表达和细胞生长，敲除近端粒重复序列，染色体位置顺序可以随机，着丝粒位置居中。如何实现多位点同时切割与高效同源重组，是摆在覃重军面前的难题。恰逢那一年基因编辑技术（CRISPR/Cas9）“横空出世”，天时地利人和，覃重军团队带着工匠精神，一步一个脚印，将染色体两两精确融合并严格验证，最终取得成功。

具体来说，覃重军研究团队的这项研究建立了一系列具有十六条染色体连续融合的菌株，颠覆了染色体三维结构决定基因表达的传统观念，对染色体进化、染色体复制、端粒生物学、着丝粒生物学、减数分裂重组以及细胞核结构与功能的关系具有重要价值，为酵母遗传学研究提供了新材料、新思路。

而且，与天然酿酒酵母的32个端粒相比，覃重军研究团队人工创造的单条线型染色体仅有2个端粒，为研究人类端粒功能及细胞衰老提供了很好的模型。

覃重军幽默地说，这个故事的起源是大胆的猜想，但猜想之后就是确定理性设计的原则，再加上核心技术的配合，以及“工程化”精确实施。四要素缺一不可，因为一步错了，整个“大厦”就会垮了。

世界真的很奇妙，人工合成领域“老将”、美国科学院院士、纽约大学医学院教授Jef Boeke团队研究酿酒酵母四十余年，却没能完成一条染色体的融合，结果让一个“外行人”抢得先机，覃重军笑言自己很幸运。其实，翻看覃重军2013年至2018年对于科学思考、实验设计等2000页手稿，我们就知道任何成功从来都不是一蹴而就的，科研更是。

将牛顿、爱因斯坦标视为自己偶像，并将他们的画像贴在办公室里时刻提醒自己要向“伟人”学习的覃重军鼓励大家勇于探索。他说，伟人都需要有名人名言，他也学着整理了一条：“靠想象力打开未来一扇扇大门，靠理性选择其中正确的一扇。”

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