[科普中国]-中国产单染色体酵母是否言过其实？

在刚刚过去的整个夏天最热的这段时间里，只要是关注科研的童鞋，都被这样一条新闻全方位无死角地刷屏——中国制造的单染色体酵母横空出世，抢在美国人前面迈出了“人造生命”史上里程碑式的一步 [1-4]。

本来是一件可喜可贺的事情，可是一些偏离事实的溢美之词不断地出现在科普大号推送的文章标题中，小编就不由得心生疑虑，忍不住要来刨根问底了——这项研究到底是惊世力作还是言过其实？其意义究竟何在？其未来又在何方？

牵强附会的“人造生命”

“人造生命”，多数百科中的解释是创造自然界没有的生命。但是严格来讲， 这个描述并没有给其一个清晰定义。如果只要与自然界存在的生命有一点点不同就算是人造，那么生命科学进展到现在，每一株基因重组菌、每一只转基因动物，都算得上是人造生命：因为它们诞生于人类的实验室中，本来并不存在于自然界。

而最原始、最严格的人造生命的定义，大约应该是“从零开始”，从没有生命的物质合成出有生命的物质来。而现存的这些所谓人造生命，没有一个算得上真正的从零开始——它们大多数是将现有生物进行改造得来的。

包括此次的单染色体酵母也是如此，作者们利用自然界的野生酵母，将其多条染色体末端修剪之后首尾相连拼接成一条大型染色体。染色体数量确实从16减少到了1，但是染色体中所包含的基因总量几乎没变，就好像把原来分装在16个小文件夹中的文件归整到一个大文件夹中——还是那些文件，只不过收纳位置不一样了。

由狮头、鹿角、鹰爪、蛇身、鱼尾拼接而成的中国龙，恐怕是最早的人类对于人造生物的幻想（来源：visualhunt.com）

当然整理酵母基因组的工作实际操作起来远比整理文件要困难得多，因为生命尤其是真核生物是非常复杂的系统，有些基因仅仅是换个位置，或者拷贝数上的增减，都会影响到其功能。

与我国学者同时进行研究的美国实验室即是被困在这样的陷阱里：他们将16条染色体拼成了2条，却无论如何不能完成最后的融合，也许就是因为他们没有拼对这些染色体的排列顺序，或者没有删除某些冗余基因片段。

正是由这样的研究我们才得以知道，现阶段人类虽然已经可以读取编码生命的几乎全部基因数据，却并不能透彻理解这些数据的含义——如果我们将基因数据一字不落地抄一遍，勉强可以让生命从我们的手抄本中诞生；可是要我们选择性地抄出生命存在不可缺少的那些部分，我们还是一脸茫然。连读懂都做不到，更不要说谱写。从“誊写员”到“作家”，人类还有非常漫长的路要走。

真核生物达到最简模式了吗？

在真核酵母之前，曾经有过原核生物被成功改造的历史 [5]。从十几年前开始，美国生物学家克雷格•文特尔（Craig Venter）就在实验室中合成出极为简单的原核生物，并不断地尝试删除不必要的基因，一次次挑战着“简单”的极限。

克雷格•文特尔与他创办的克雷格•文特尔研究所。（来源：维基百科）

与此不同的是，这次对酵母的改造并没有追求基因数量上的最小值——对于复杂的真核生物来说，只是把现有染色体拼接起来就已经足够费力了。在真核生物的基因组中，大量充斥着之前被认为是“垃圾DNA”的片段， 而近来的一些研究却又逐渐揭示了其中一些片段的作用。至于剩下的冗余片段是否真的是垃圾？如果不是的话又有什么作用？也正是这项酵母改造研究的后续令人期待之处。

染色体，“一条”就够了？

在朋友圈刷屏的文章标题中，有这么一个词特别刺眼：“只剩一条”。用了这样极端的限定词，总会让人误以为是很多其他不必要的东西都被删除掉了，而事实却并非如此。上面也提到，单染色体酵母最终的一条几乎是之前全部染色体的总和，从基因的数量来说编辑后的基因组并没有太多的删减，此一条非彼一条。

然而从染色体数量上来说，16到1确确实实是非常大的变化。不要觉得只要文件足够，装几个文件夹都是一样，自然界的现存真核生物会用事实进行有力反驳——绝大多数真核生物都有多条染色体，并且基因在染色体上的位置和排列对于执行其功能非常重要。

举个最简单的例子，在人类的生殖细胞形成过程中，如果一条染色体的一小段掉下来，在DNA修复时被连接到错误染色体上面去，虽然基因的数量并无增减，但却会给胚胎的形成和发育造成不同程度的障碍。

染色体的一段发生位置变化会影响基因的表达。（来源：wikipedia）

跟人类亲缘关系最近的物种黑猩猩，其染色体组与人类非常类似，只是2号染色体分成a、b两条。因此有科学家提出这样的说法：2号染色体的融合是人类进化的开端。虽然这种说法有待考证，但是染色体结构与功能的关系显而易见。

人类与黑猩猩染色体组对比（来源：wikipedia）

经由人工改造获得的单染色酵母存在哪些生理缺陷？

在单染色体酵母中，染色体的合并也确实给酵母的繁殖造成了影响。在普通培养条件下，单染色体酵母比野生型单倍体酵母的繁殖速度稍微慢一点，其通过有性生殖产生的二倍体（即单染色体加倍）酵母的繁殖速度也稍慢于野生型。

然而，单染色体酵母的二倍体中，有三分之一的菌落在有丝分裂时无法维持正常的染色体数目。在有性生殖时，单染色体酵母的二倍体产生的孢子数量和活力上都要劣于野生型。

培养皿中的念珠菌菌落，隶属于酵母属（来源：Nathan Reading on VisualHunt.com）

如果把单染色体酵母和野生型酵母混合进行竞争性培养，单染色体酵母生长繁殖上的劣势就更加明显。这样的结果就说明，拥有多条染色体的物种无疑有更强的生存竞争能力，可以在自然恶劣的条件下存活繁衍。

也许在酵母的自然进化中也曾经出现过只拥有一条染色体的菌株，只不过因为没能抵御环境和同类的挑战而消失在漫长的历史当中了。

参考资料：

1. https://www.nature.com/articles/s41586-018-0382-x

2. https://news.so-net.ne.jp/article/detail/1618102/

3. https://eurekalert.org/pub_releases_ml/2017-03/aaft-5030617.php

4. http://news.livedoor.com/article/detail/15117342/

5. https://www.guokr.com/article/441301/

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