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天大“酵母长染色体的精准定制合成”研究成果入选2017年度“中国科学十大进展”

2018-02-27       

  本站讯 (记者 靳莹 摄影 李研)2月27日,科技部基础研究司与科技部基础研究管理中心联合召开“2017年度中国科学十大进展专家解读会”,发布了2017年度中国科学十大进展。天津大学元英进教授牵头负责的“酵母长染色体的精准定制合成”等10项研究成果入选。“中国科学十大进展”遴选活动自2005年启动,已举办了13届,这是迄今天津市首次有第一完成单位的研究成果,天津大学首次有研究成果入选。

  会议在北京举行。科技部基础研究管理中心副主任卞曙光主持会议,科技部基础研究管理中心主任刘敏宣布了2017年度中国科学十大进展遴选结果。科技部基础研究司副司长崔拓与刘敏共同为十大进展入选者颁发了荣誉证书。

  2017年度“中国科学十大进展”遴选活动由科技部基础研究管理中心牵头举办,旨在宣传我国重大基础研究科学进展,激励广大科技工作者的科学热情和奉献精神,开展基础研究科普宣传,促进公众理解、关心和支持基础研究,在全社会营造良好的科学氛围。除酵母长染色体的精准定制合成外,其他入选的研究成果为:实现星地千公里级量子纠缠和密钥分发及隐形传态、将病毒直接转化为活疫苗及治疗性药物、首次探测到双粲重子、实验发现三重简并费米子、实现氢气的低温制备和存储、研发出基于共格纳米析出强化的新一代超高强钢、利用量子相变确定性制备出多粒子纠缠态、中国发现新型古人类化石、研制出可实现自由状态脑成像的微型显微成像系统等。

  会议特别邀请十位专家学者对“中国科学十大进展”进行逐项解读。“这项研究提供了深化理解生命进化、基因组与功能关系等基础科学问题的新思路,标志着人类向“再造生命”又迈进一大步,也是第一个全合成真核生物基因组的重要里程碑。”清华大学教授刘磊解读“酵母长染色体的精准定制合成”成果时表示。

  天津大学合成生物学团队创建了基因组缺陷靶点快速定位方法和多靶点片段共转化精确修复技术,解决了化学合成长染色体导致细胞失活的难题,并构建了人工环形染色体,为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型。2017年3月份,化工学院元英进教授团队在《科学》期刊上发表了两篇研究长文,介绍了在真核生物基因组设计与合成方面取得的这些重大突破,该团队还利用化学物质合成了2条人工设计的酿酒酵母染色体。“真核生物酵母长染色体化学再造”项目的合作单位有清华大学、英国爱丁堡大学、美国纽约大学、深圳华大基因研究院、青岛华大基因研究院等。

  基因组设计合成是对基因组进行全新设计和从头构建,能够按需塑造生命,开启从非生命物质向生命物质转化的大门,推动生命科学研究由理解生命到创造生命。基因组设计合成提供了深化理解生命进化、基因组与功能关系等基础科学问题的新思路。然而,基因组合成面临长染色体难以精准合成、合成染色体导致细胞失活等难题。

  天津大学元英进、深圳华大基因研究院杨焕明、清华大学戴俊彪等团队联合,经过5年多的探索,完成了4条酿酒酵母长染色体的化学全合成:创建了基因组缺陷靶点快速定位方法和多靶点片段共转化精确修复技术,解决了化学合成长染色体导致细胞失活的难题,实现了长染色体合成序列与设计序列的完全匹配。创建了多级模块化和并行式染色体合成策略,实现了由小分子核苷酸到真核长染色体的快速定制合成。构建了人工环形染色体,为当前无法治疗的染色体成环疾病发生机理和潜在治疗手段建立了研究模型。

  该研究以长文形式在《Science》发表后,引起国内外专家和媒体的极大关注,被《Science》《Nature》《Nature Biotechnology》《Nature Reviews Genetics》《Molecular Cell》等期刊发表专文高度评价。

  “作为真核生物的重要模式生物,化学合成酵母一方面可以帮助人类更深刻地理解一些基础生物学的问题,另一方面可以通过基因组重排系统(SCRaMbLE),实现快速进化,得到有重要应用潜力的菌株。”元英进教授表示,团队已经建立了基因组重排的精准调控技术,开发了菌株快速进化方法,挖掘到一批与重要生产性能相关的关键基因和通路,获得了多个高效生产菌株,将在医药、能源、环境、农业、工业等领域得到应用。

  中国科学十大进展遴选程序分为推荐、初选和终选3个环节。《中国基础科学》、《科技导报》、《中国科学院院刊》、《中国科学基金》和《科学通报》5家编辑部推荐了270项科学研究进展,所推荐的科学进展须是在2016年12月1日至2017年11月30日期间正式发表的研究成果。

  2017年12月,科技部基础研究管理中心组织召开了中国科学十大进展初选会议,按照推荐科学进展的学科分布,分成数学物理和天文科学、化学和材料科学、地球科学、生命科学等4个组,邀请专家从推荐的科学进展中遴选出30项进入终选。终选采取网上投票,邀请中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任等2200余名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票,得票数排名前10 位的科学进展入选“2017年度中国科学十大进展”。

  (编辑 靳莹)