改写大肠杆菌基因组的科学意义究竟几何

叶克穷：中科院生物物理所研究员，谈改写大肠杆菌基因组的科学意义。

合成生物学家日前报告了迄今为止意义最为深远的一项细菌基因组重写结果：他们成功换下了大肠杆菌64个遗传密码子中的7个，并通过在55个片段中合成脱氧核糖核酸（DNA）从而减少了遗传密码子的数量，科学家们还将这些碎片组装到了另一个有功能的大肠杆菌中。

有人认为这项发表在美国《科学》杂志上的研究成果是人类设计具有新属性的生物体的重要一步；将遗传密码子从64个减少至57个，违背了自然界中已有的规律，具有“破天荒”的科学价值；科学家甚至还打算利用该项目，人工合成一个人类基因组。

我们又该如何客观看待此项工作，如今最前沿的人工合成基因工作究竟已经发展到了何种水平，针对于此，中科院生物物理所研究员叶克穷给出了答案。

首先，他认为这里有必要澄清在细菌这类低等级的生物中，人类是否已经有实力在实验室中创造出一个新的生命体。

叶克穷表示，因为包括大肠杆菌在内的原核生物的基因比较短，人类已经有过人工合成的先例。

他指出如今的这项工作只是改变了遗传密码子数量，并放入一些新的特征，合成之后再把其拼接起来，这在合成生物学领域早已不具备挑战性。“即使把大肠杆菌所有的基因都替换掉，目前也是可以做到的。”

“这是因为遗传密码子具有冗余性，同一个氨基酸由两到三个密码子进行编码，如果将三个密码子变成两个，其还是能使用的。”叶克穷认为目前对人类真正具有挑战性的是变换氨基酸的数量，“如果科学家们能够将人体中的20个氨基酸减少至15个，就可以维持生命，这才是很了不起的工作。”

这是由于蛋白质氨基酸只有二十个，而密码子有六十几个，少几个密码子并不影响编码蛋白质，也不能改变生命本质。“我们在优化密码子的时候是可以促进蛋白质的表达的，但这样的蛋白质合成和原有并没有本质区别。”

此外叶克穷还强调，因为要构造新的基因，在替换原有基因的同时，需要科学家来人工合成这些片段，并将其拼接起来，而这也是常规的分子生物学技术，并没有违背客观规律，还是在遵循最基本的分子生物学原理。

那么，把新合成的基因重新放回大肠杆菌的大基因组中，这是否又是常规的分子生物学概念，再造的生物体是能够存活下来？

“原来的基因只不过是用另一条序列进行了编码，这样的生物体还是能够存活下来的。”叶克穷表示，未来人类基因组合成比细菌要复杂很多，细菌的工作完成从原理上来说是人工生物的原形，与人类基因组合成只是原理类似。

最后，叶克穷指出该工作的意义更多体现在“大肠杆菌的人工合成基因组要比基于一个细菌基因组创建出的人工合成基因组要大一个数量级”。

“这是因为一个数量级是非常可观的，是原有的十倍以上级别的的工作量和规模。”科学家由于第一次做的是寄生的菌类，基因组很小。基于此，此项工作在合成生物学领域是一个突破，但不是质的飞跃。“因为现在也有人在做真核生物的人工合成，比原核生物细菌要高级很多，但目前只是做了其中的一条染色体，更多工作还没有完成。”