基因组的设计与工程化构建

薛小莉 覃重军

中国科学院上海生命科学研究院植物生理生态研究所 中国科学院合成生物学重点实验室 上海 200032

生命的起源是什么？最原始的生命是怎样形成的？人类能否创造生命？从古至今，科学家和哲学家们一直在不断探索并希望解决这些困惑。大量的微生物基因组序列的信息，以及各种组学的研究，包括基因组、转录组、蛋白质组、代谢组等，并由此构建出的调控网络和代谢网络模型，促进了我们对生命的理解，也让我们意识到生命系统的复杂性。然而，在这些复杂的调控网络和代谢途径中，哪些是生存必需的呢？怎样设计和构建一个简约的生命体系呢？设计并构建简约基因组将为合成生物学和人造生命的研究提供一个重要的基础。

2010 年美国科学家 Venter 和他的科研团队发表了世界上首个由化学合成基因组控制的原核生物支原体[1]。在此基础上，他们通过大量的设计与测试，构建了目前已知的基因组最小的支原体[2]。与国际合成生物学的迅猛发展相比，我国的合成生物学研究起步较晚。2011 年，我国启动了 10 项合成生物学相关的“973”项目，极大促进我国在人工生物体系的设计和合成，细胞生长功能群的模块化及可控运行，发展重构、编辑简小基因组，以及在底盘细胞上“即插即用”型地高效组装生物学模块的合成生物学使能技术等方面的研究，并取得了较好的进展。我国科学家（主要是天津大学、清华大学和深圳华大基因研究所的科学家）与美国等国家的科研机构共同推动了“酵母基因组合成国际计划”，并于 2017 年完成了其中 4 条染色体的从头设计与全合成[3-6]，这标志着中国的基因组设计合成能力达到了国际水平。……