中科院院士:应用这种技术,农业将彻底摆脱靠天吃饭

近日,在上海自然博物馆举行的“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。他表示,“发酵农业”未来或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”。“所以必须加强合成基因组学的研究。”

我国成具备真核基因组设计构建能力的国家

今年3月,《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,其中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。

据悉,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。

在发酵罐里即可合成粮食

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。”

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。

青蒿素也可工业合成生产

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。

针对听众合成基因组学是否会“打开潘多拉魔盒”这个提问,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。杨焕明认为,“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。”

编辑:张程

统稿编辑:孟然

责任编辑:曹畅

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