华大基因合成生物学项目负责人沈玥还不到30岁，却已经是所在团队年龄最大的一位。从华大基因位于深圳盐田区的总部办公楼，可以看到盐田港的集装箱和往来的货车，而沈玥和国内外同行们正在从事的合成生物学研究，未来或将为货轮、货车等提供性能更佳的生物燃料，而且在生物降解、食品加工、医药等领域有广泛应用空间。

　　与“合成生物学”这样相对学术的词汇相比，其分支之一“人工合成生命”受到更大的关注。10月23日，在深圳举办的第十届国际基因组学大会（ICG—10）上，美国纽约大学教授Jef Boeke宣布“酿酒酵母基因组合成计划（Sc2.0项目）”取得了重大突破，已完成5条染色体的全合成及功能验证，其中有4条分别来自深圳华大基因研究院、天津大学和清华大学。这进一步证明了人工合成生命体系的可行性。

　　沈玥告诉南方日报记者，随着基因测序等技术的发展和成本的降低，合成生物学必将成为“读”基因之后最重要的应用方向之一，有潜力催生下一次生物科技革命。

　　中国科学院深圳先进技术研究院院长樊建平此前也表示，在合成生物学、基因等领域，每个产业仅在中国都会有超过1亿元的产值，有可能会诞生新的“华为”、“腾讯”。

　　●南方日报记者 马芳

　　A 从“读”基因到“写”基因

　　沈玥与合成生物学的结缘始于2011年。早期在华大基因内部有一些兴趣小组，经常组织讨论国际上最前沿的学术进展，原本从事癌症信息分析工作的沈玥和其他做动物、植物、微生物研究的同事们都对合成生物学这一新兴领域感兴趣。

　　最吸引沈玥的是，她可以从原来“读”基因的工作到“写”基因的新阶段。“当你能够从‘读’基因到‘写’基因，仿佛有一种上帝造物的感觉，工作更有创造性。”在她看来，合成生物学是后基因组学时代最突出的一个方向，自己原本从事的基因组学工作是一个基础，而合成生物学能够真正改变未来。

　　合成生物学是基因组时代生命科学研究的新兴领域，在本世纪初就已经成为现代生命科学的研究热点。2004年《技术评论》认为“合成生物学”将成为改变世界的十大技术之一；2005年《自然》杂志又刊发专刊介绍生物合成学科的进展；2010年《科学》杂志刊登了题为《首个由化学合成基因组控制的细菌被合成》的文章，文章作者克雷格·文特尔还曾预言合成生物学可以直接带来亿万美元的生物产业。

　　2011年11月，在第六届国际基因组学大会（ICG—6）上，华大基因与Jef Boeke教授当时任职的美国约翰·霍普金斯大学签署了《人工合成酵母基因组研究与教育合作协议》，宣布双方将联合开展人工合成酵母基因组研究，并希望能在人工酿酒酵母基因组的构建方面取得更多的突破，华大基因正式加入酿酒酵母基因组人工合成计划（Sc2.0项目）。

　　B Sc2.0项目中国团队已承担50%任务量

　　沈玥告诉记者，Jef Boeke教授从2006年就已启动了人工合成酵母基因组研究，Jef Boeke一度认为自己在有生之年可能无法看到该项目的完成，而当中美英澳等研究团队陆续加入后，却改变了想法。

　　沈玥回顾说：“华大基因之所以要加入Sc2.0项目，是因为这是人类首次尝试改造和从头合成真核生物，具有里程碑的意义，而且能够为华大基因今后在合成生物学方面的产业发展做一些技术储备。之所以能够加入，也因为华大基因的优势与这个项目非常契合，在合成之后有大量的功能试验、测序工作要做，这正是华大基因的优势。”

　　事实证明，Jef Boeke教授的想法很快得到了验证。2014年3月，来自中国、澳大利亚、新加坡、英国、美国等国的研究人员在美国《科学》杂志发表文章，宣布他们成功合成了第一条能正常工作的酵母染色体，深圳华大基因研究院、天津大学、清华大学的研究人员负责了部分染色体的合成。

　　如今，酵母菌的16条染色体中又有5条染色体已完成全合成及功能验证，其中的四条分别由深圳华大基因研究院、天津大学和清华大学完成。与当年耗时5年合成第一条能正常工作的酵母染色体不同，后来合成的5条染色体中虽然大部分含有的碱基数量都更多，但由于前几年的积累和中外团队的协作，完成速度却更快，如沈玥所在的华大基因团队前后耗时一年半就完成了有80万碱基的2号染色体合成。

　　沈玥告诉记者，中国协作组在该项目中参与度极高，这5条染色体一共含有320万碱基，其中中国研究人员完成了94%，从Sc2.0项目启动以来的总任务量来看，中国团队承担了50%，其中华大基因承担20%。

　　按照规划，Sc2.0项目将攻坚全部酵母菌的16条染色体，用Jef Boeke的话说：“那时才是真正收获成功的时候，我们如果能够对其所有的基因做控制，那么能够做到的事情就很多了。”沈玥告诉记者，Sc2.0项目各方希望2018年能够完成16条染色体的全合成及功能验证。

　　C 被应用于食品改良、生物燃油等领域

　　过去，人们用酵母来制造啤酒、生物燃料及药物等。现在，酵母配备了人工合成的染色体后不仅可以具有原来的能力，还有比天然酵母更多的功能。

　　沈玥打了一个比方，如果自然界原有的酵母是一件用棉布做成的时装，人工合成的酵母基因组像是用自然界不存在的布料，设计制作出一套色彩、功能更丰富的时装，难点在于“布料”的设计和获取上，需要通过大量的信息分析和实验操作来“创造”出合成所需的若干DNA片段作为“布料”，然后不断验证这些“布料”是否能够做成想要的“时装”。

　　10月23日，Jef Boeke教授在深圳举办的第十届国际基因组学大会上表示，Sc2.0项目协作组计划利用人工设计合成基因组这一技术优势，选育在温度、酸碱度等不同发酵条件下明显有生长优势的菌株，用于实际生产应用的开发，如食品改良、生物燃油等等。

　　沈玥告诉记者，合成生物学的应用范围非常广泛，近年来中外的企业和科研机构在生物材料、生物燃油、肿瘤治疗、污染物处理等方面的产业化应用已初现端倪，如深圳某医院就在研究利用合成生物学设计带有药物的载体进行肿瘤靶向治疗，制药公司赛诺菲—安万特公司已经获准使用合成生物学改造的酿酒酵母菌生产青蒿素。

　　青蒿素是当前一线抗疟疾药物中的一种重要的化学物质，中国中医科学院研究员屠呦呦因发现了青蒿素获得2015年诺贝尔生理学或医学奖。“用酵母合成青蒿素是合成生物学一个典型的应用范例。”沈玥说，青蒿素的原材料大部分来自中国，如果能够实现人工合成青蒿素，将打破了青蒿素受原料资源限制的困境。

　　沈玥还透露，Sc2.0项目组在完成每条酵母染色体的合成及功能验证后，都在做一些测试，如英美几个合作单位已经申请相关经费，用新的酵母合成菌株做相关的产业测试。

　　D 人工合成生命伦理问题引关注

　　Sc2.0项目的进展进一步证明了人工合成生命体系的可行性，但提到人工合成生命，人们常常会想到人造“人类”。在英国小说家阿道司·赫胥黎1932年出版的长篇科幻小说《美丽新世界》中曾描述过，由于社会与生物控制技术的发展，人类从基因和胎儿阶段就开始沦为垄断基因公司和政治人物手中的玩偶。

　　在沈玥看来：“从技术层面来讲，现在的合成设计能力完全受限于我们对生命体的理解，当我们对生命体的理解达到一定程度，人造‘人类’从技术上来看或许不是难题，更多需要考虑待解决的是科学问题和伦理等方面的问题。”

　　随着人工合成生命取得重大阶段性进展，生物伦理安全也备受关注。在第十届国际基因组学大会期间，来自英国伦敦国王学院的著名社会学家Nikolas Rose教授对合成基因组学发展现状及因此引起科学界和公众强烈关注的生物伦理安全问题作了深入分析，呼吁研究人员应主动承担起对研究成果的评估及对公众进行知识普及的责任。

　　沈玥告诉记者，酿酒酵母作为最简单和第一个完成全基因组测序的真核生物，完整的酵母基因组测序早在1996年就已经完成，它也是人们了解得最全面的生物系统之一，被广泛应用于生物降解、食品加工、医药等领域，这使得它成为合成生物学研究最理想的模式生物。在Sc2.0项目的具体执行过程中，各方遵循的三大原则之一就是要近似野生酵母的性状。

　　她表示，许多技术在发展过程中都会带来潜在的风险，合成生物学也不例外，但科研人员可以做的是更多地主动承担起科普的责任，将研究公开化、透明化，在Sc2.0项目中，很多分析结果、菌株都是对外公开的，其他研究机构也可以利用项目组的菌株做其它研究。

　　近期，Sc2.0项目协作组在遗传学杂志Genetics发表了题为《Freedom and Responsibility in Synthetic Genomics：The Synthetic Yeast Project》的文章，就生物伦理和政策监管方面的问题进行了深入的探讨，并针对Sc2.0项目做出了生物伦理规范声明。

　　■知多D

　　合成生物学是建立在基因组学、生物信息学、系统生物学等学科基础之上的现代生物科学，是基因组时代生命科学研究的新兴领域。2010年5月，亿万富翁企业家克雷格·文特尔首次在实验室创造出人造生命“辛西娅”，让合成生物学正式走进大众视野。不过，克雷格·文特尔只是人工合成原核生物的基因组，却尚未合成真核生物（如酵母）的基因组。

　　真核生物是细胞具有细胞核的所有单细胞或多细胞生物的总称，包括所有动物、植物、真菌和其它具有膜包裹着的复杂亚细胞结构的生物。

　　2006年启动的酿酒酵母基因组人工合成计划（SC2.0 Project）则是人类首次尝试改造和从头合成真核生物。研究人员把经过设计的人工合成染色体导入酿酒酵母中，并保证带有人工合成染色体的酵母菌仍能够正常存活，而且最终产生的酵母菌将具有不同寻常的属性。