华大基因院士：粮食蔬菜今后都能在发酵罐里合成

未来人类如何养活自己？可以靠发酵农业，即在工厂的发酵罐里，把世界上近200种农作物（包括粮食和蔬菜）生产出来。



合成基因组学的飞速发展，让科学家看到了人工设计、合成多种生物的未来图景。今天，在上海自然博物馆（上海科技馆分馆）举行的“绿螺讲堂·新问题沙龙”上，中科院院士、华大基因研究院理事长杨焕明为听众做了一堂科普讲座。他预测，“发酵农业”未来将解决人类的温饱问题，即利用合成基因组学技术，在发酵罐里合成水稻、小麦、玉米等粮食以及各种蔬菜，使农业不再靠天吃饭，“给酵母喂糠就行”。


杨焕明院士在上海自然博物馆演讲。

今年3月，国际顶级学术期刊《科学》杂志以封面、专刊的形式发表了关于“人工合成酵母基因组计划”重大成果的论文。中国、美国、英国等国的多家研究机构参与这项计划，来自华大基因、天津大学、清华大学的中国科学家团队完成了总工作量的2/3。“人工合成酵母基因组计划”旨在人工合成真核生物——酿酒酵母的全部16条染色体，意味着酵母的生命源代码完全可以由人来编写。《科学》杂志的论文显示，我国科学家利用小分子核苷酸，成功合成了４条有活性的酿酒酵母染色体。而且，这些染色体经过人工设计：删除了研究者认为无用的DNA（脱氧核糖核酸），加入了人工接头，总体长度比天然染色体缩减8%。我国也因此成为继美国之后，第二个具备真核基因组设计与构建能力的国家。

杨焕明将这种酿酒酵母染色体称为“生命3.0”，是继自然的生命体（生命1.0）和以现代生物技术改造的生命体（生命2.0）之后，以基因组学的理念、策略和技术，人工设计并合成的第三代生命体。“如果说，人类基因组计划是对‘生命天书’的解码过程，那么合成基因组学就是一个编码过程。它是基因组学发展至今的最高阶段，将给生命科学和生物产业带来颠覆性影响。”


清华大学戴俊彪博士展示培养皿中的酿酒酵母菌株，其2号染色体由华大基因杨焕明团队重新设计并合成，12号染色体由戴俊彪团队重新设计并合成。来源：新华社

2010年，美国文特研究院从头设计、人工合成了原核生物——蕈状支原体的染色体。如今，中、美两国科学家设计并合成了更高级的单细胞真核生物的染色体。接下来，包括华大基因在内的科研机构设立了一个更高目标——人工设计并合成多细胞真核生物的染色体。

这条勇攀高峰的科研探索之路，会给人类带来什么福音呢？杨焕明向听众列举了一系列应用前景：食品和药品、生物材料和生物能源、智能模拟细胞、生物计算机……他着重介绍了食品生产领域的应用：“未来人类如何养活自己？可以靠发酵农业”，即在工厂的发酵罐里，把世界上近200种农作物（包括粮食和蔬菜）生产出来。这在理论上是完全可行的，因为所有的“生物产品”都有特定的代谢途径和信号通路，如果掌握了其科学规律，再利用微生物和合成生物学技术构建各种代谢途径，就能够实现农作物的工业化生产。事实上，目前已有一些生物产品实现了工业化合成生产。如大名鼎鼎的青蒿素，科技人员根据青蒿草的基因组序列，在大肠杆菌中构建了青蒿素合成的代谢途径，再将酵母作为工程细胞，工业化生产出青蒿素前体物质——青蒿酸。近年来，一些企业通过这种技术取得了很高产量，成本远低于传统的植物提取方法。


科学伦理方面，合成基因组学是否会“打开潘多拉魔盒”？杨焕明表示，只要别太激进，这门蓬勃发展的学科就不会对生命伦理规范提出挑战。有外国科学家发布了“人造生命宣言”，称“现在到了重写生命程序的时候”，引起舆论哗然。杨焕明认为这就太激进了，“相当于要跑步进入共产主义”；科技人员应踏踏实实、循序渐进地开展合成基因组学研究，并将技术成果应用于生物产业，这必定能为人类造福。

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