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原标题:4篇论文齐上《科学》封面,开启“再造生命”新纪元

人民日报客户端记者 赵永新

史无前例!北京时间3月10日凌晨三点出版的国际顶级学术期刊《科学》,以封面的形式同时刊发了中国科学家的4篇研究长文!

由天津大学、清华大学和华大基因分别完成的这4篇长文,介绍了生物合成研究的最新突破:完成了4条真核生物酿酒酵母染色体的从头设计与化学合成——要知道,酿酒酵母总共有16条染色体,此前国际同行奋斗多年才发现了1条。

在合成染色体的过程中,他们还突破了生物合成方面的多项关键核心技术,比如:突破合成型基因组导致细胞失活的难题,设计构建染色体成环疾病模型,开发长染色体分级组装策略,证明人工设计合成的基因组具有可增加、可删减的灵活性,等等。这些技术将帮助在全世界的生命科学研究和相关实际应用中大显身手,其价值不可估量。

国内外同行指出,这是继合成原核生物染色体之后的又一里程碑式突破,有望开启人类“设计生命、再造生命和重塑生命”的新纪元。

中国科学家代表,自左至右依次为:李炳志、戴俊彪、杨焕明、元英进、沈玥。赵永新摄

人工合成酵母染色体,意义何在?

曾参与人类基因组测序计划的华大基因理事长杨焕明院士介绍说,合成生物学(Synthetic Biology)是继“DNA双螺旋发现”和“人类基因组测序计划”之后,以基因组设计合成为标志的第三次生物技术革命。他指出,生物学界内最重要的分类依据,既不是植物和动物,也不是多细胞和单细胞生物,而是以原核生物和真核生物来区分。“细菌、病毒等原核生物的基因组相对简单,而动物、植物、真菌等等真核生物的基因(DNA)既丰富又复杂,通常会包含数亿至甚至数十亿碱基对信息。同时,作为遗传物质的DNA通常被分配到不同的染色体中,而这些染色体又深藏在细胞核的特定区域。所以,合成一个真核生物的基因组是一项非常艰巨的任务。但是,如果生物学真正做到引领技术革命,合成真核生物基因组技术必将发挥非常核心的作用。”

为完成设计和化学再造完整的酿酒酵母基因组,国际科学界发起了酿酒酵母基因组合成计划(Sc2.0计划),这是合成基因组学(Synthetic genomics)研究的标志性国际合作项目。该项目由美国科学院院士杰夫·伯克发起,有美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等多国研究机构参与并分工协作,试图重新设计并合成酿酒酵母的全部16条染色体(长约12Mb,1Mb是百万碱基对)。

天津大学化工学院教授元英进是最早参与该计划的中国科学家,此次在《科学》期刊上以通讯作者身份发表了2篇论文。他告诉记者,如同科学实验中经常使用的果蝇、斑马鱼,酿酒酵母是生物学研究中的“模式真核单细胞生物”。“如果说病毒基因组的合成开启了基因组化学合成研究,那么原核生物和真核生物基因组合成研究的不断突破,则初步实现了化学全合成基因组对单细胞原核生物和真核生物的生命调控。“酿酒酵母是第一个被全基因组测序的真核生物,大尺度的设计和重建酵母基因组是对目前酵母领域知识贮备的真实性、完整性和准确性的一个直接考验。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,使酵母实现快速进化,得到在医药、能源、环境、农业、工业等领域有重要应用潜力的菌株。”

我国科学家在合成酵母中发现了什么?

2014年,Sc2.0已创建了一个单一的人工酵母染色体。此次国际合作,中外科学家们共完成了5条染色体的化学合成,其中中国科学家完成了4条,占完成数量的66.7%,把Sc2.0计划向前推进了一大步。

其中,元英进带领的天津大学团队完成了5号、10号(synV、synX)染色体的化学合成,并开发了高效的染色体缺陷靶点定位技术和染色体点突变修复技术;戴俊彪研究员带领清华大学团队完成了当前已合成染色体中最长的12号染色体(synXII)的全合成;深圳华大基因研究院团队联合英国爱丁堡大学团队完成了2号染色体(synII)的合成及深度基因型-表型关联分析。

“人工合成基因组的尺度和复杂度的不断提升,向科学界对生物体运作方式以及生命本质的认知提出了越来越大的挑战。在基因组尺度的DNA合成中面临的一个巨大挑战,是定位人工基因组中影响细胞长势的序列,即缺陷(bug)。常规的排除缺陷(debugging)的方法有三种,都有费时耗力、效率不高的缺点。”元英进团队成员、“10号染色体”文章第一作者、天津大学博士生吴毅介绍说:在合成长达770kb(kb:千碱基对)的酿酒酵母10号染色体的过程中,我们创建了基因组缺陷靶点快速定位与精确修复方法,解决了全化学合成基因组导致细胞失活的难题。我们所得到的全合成酵母染色体具备完整的生命活性,能够成功调控酵母的生长,并具备各种环境响应能力。此方法在化学合成基因组研究中具有普适性,并且作为一种新颖的表型和基因组关联性分析的策略,有望显著提升我们对基因组结构和功能的认知。”

“5号染色体”文章第一作者、天津大学博士生谢泽雄说,在全面推进Sc2.0计划的过程中,我们建立了基于多靶点片段共转化的基因组精确修复技术和DNA大片段重复修复技术,解决了超长人工DNA片段的精准合成难题。同时,我们首次实现了真核人工基因组化学合成序列与设计序列的完全匹配,系统性支撑与评价了当前真核生物的设计原则。该技术的突破为研究人工设计基因组的重新设计、功能验证与技术改进奠定了基础。利用化学合成的酵母5号染色体定制化建立了一组环形染色体模型,通过人工基因组中设计的特异性水印标签实现对细胞分裂过程中染色体变化的追踪和分析,为研究当前无法治疗的环形染色体疾病、癌症和衰老等发生机理和潜在治疗手段提供了了研究模型。此外,我们发展了多级模块化和标准化基因组合成方法,创建了一步法大片段组装技术和并行式染色体合成策略,实现了由小分子核苷酸到活体真核染色体的定制精准合成。”

清华大学的戴俊彪团队,则设计合成了12号染色体。在研究中,他们开发了长染色体分级组装的策略,即:首先通过大片段合成序列,在6个菌株中分别完成了对染色体不同区域内源DNA的逐步替换;然后利用酵母减数分裂过程中同源重组的特性,将多个菌株中的合成序列进行合并,获得完整的合成型染色体。针对12号染色体上存在的高度重复的核糖体RNA编码基因簇进行删除及工程化改造,并利用修改后的重复单元在基因组多个位点重建了核糖体RNA编码基因簇。“该工作奠定了未来对其他超大、结构超复杂的基因组进行设计与编写的基础,同时也证明了酵母基因组中rDNA(核糖体DNA)区域及其他序列均具有惊人的灵活度与可塑性。”戴俊彪表示。

深圳华大基因研究院与英国爱丁堡大学共同完成2号染色体的从头设计与全合成(长770 Kb),合成酵母菌株展现出与野生型高度相似的生命活性。该论文的第一作者、深圳国家基因库合成与编辑平台负责人沈玥介绍说,科研人员使用“贯穿组学(Trans-Omics)”方法,从表型、基因组、转录组、蛋白质组和代谢组五个层次系统地进行基因型-表现型的深度关联分析,证明了人工设计合成的酿酒酵母基因组可增加、可删减的高度灵活性。”

令人欣喜的是,华大基因与爱丁堡大学合成的酵母菌株,不仅与野生型有高度相似的生命活性,而且对环境的适应性大大加强,其进化速度呈几何级提高。

人工合成4条酵母染色体,价值几何?

“2000年公布的人类基因组测序,中国只承担了百分之一的工作,这次我们完成了酿酒酵母染色体合成的四分之一,可以说是中国在合成生物学领域取得的突破性成果,进一步奠定了我国在这一领域的国际地位。”杨焕明说,“两相比较,不难看出我们在生命科学研究领域的巨大进步。在酿酒酵母设计与合成研究中,我们已由‘跟跑’转为‘并跑’,今后‘领跑’也不是不可能。”

Sc2.0计划国际化的高效运作模式也给国际性大型旗舰项目提供了很好的参考模板,该计划的实施是基因组编写计划的重要基础。元英进认为,多国组成大型国际联合团队使突破重大科学问题和技术难题具有必然性,中国的研究者在本次国际计划中发挥了举足轻重的作用。在这个过程中,我们培养了大批具有国际视野的拔尖创新青年人才,中国的基因组设计合成能力也提升到了前所未有的高度。此次国际合作取得的巨大成功将鼓励更多的中国的学者更积极地参与到大型国际合作项目中去。

据介绍,在历届合成基因组年度会议上,天津大学科研团队均向国际合作联盟介绍了自己的项目研究进展。2016年7月,第五届Sc2.0和合成基因组会议在英国爱丁堡举行,吴毅和谢泽雄介绍了天津大学化学全合成酿酒酵母染色体的最新研究进展。同时,天津大学合成生物学团队4名成员积极参与2016年5月举行的基因组合成闭门会议,加入了“世界合成生物学顶级俱乐部”。

据戴俊彪介绍,我国科学家取得的上述成果,不仅对于深化生命认知、推进相关基础研究意义重大,而且也将在实际应用中大显身手。此前,基因修饰的酵母已经用来制作疫苗、药物和特定的化合物,这些新成果的发表意味着化学物质设计定制酵母生命体成为可能,产物范围也将被拓展。随着人工合成酵母的推广应用,必将显著提高其在工业生产、药物制造等方面的效率与质量。

“这背后是中国的科技工作者‘咬定青山不放松,立根原在破岩中’的不懈探索精神。”天津大学青年教师、国家优青获得者、此次2篇学术论文的共同第一作者李炳志表示,“科技工作者要耐得住寂寞,坐得住冷板凳,用‘十年磨一剑’的劲头来治学。谢泽雄和吴毅多年来没有发表过任何相关文章,这是他们自本科至今发表的第一篇研究论文。”

据悉,上述团队正在此前成果的基础上乘胜前进,有望在不久的将来给人类更多惊喜。

在番禺监狱,周庆春和服刑人员交流,分享经历。

原标题:“大哥”从善记:三十年恍如隔世

三十年,“江湖如梦”。

他曾是江湖上的“大哥”:两次判刑,一次劳教,七次强制戒毒。

他现在是一名广州义工:到医院帮助病人,去戒毒所、监狱分享自己的经历,帮助迷途少年。

曾经的“灯红酒绿、刀光剑影”,在如今的他看来,像是在另一个世界做了一场大梦。梦中的生活不真实,自己更不真实。

在做义工过程中,他不仅内心得到了三十年未有过的平静, 最近还被评为“广东十佳志愿者”。

弯腰、握手、微笑,49岁的周庆春待人极其谦卑,身材并不高大,甚至还有些瘦弱。然而,四五年前,他还是社会上所谓的“大哥”。

“天的另一边”

在回忆过往经历时,他不自觉地捡起地上的枯枝,手中一截截折断,捡起、再折断,像一个做错事的孩子一样不知所措。

1968年出生的周庆春,7岁之前一直生活在海南定安县的农村,从小就和叔公叔婆生活。

父母则在五十多公里外的海口,带着他的哥哥、姐姐在城市生活。

对那时的生活,他只记得,从小他就比较顽皮,和村子里的孩子们一起“到处捣乱”,由于叔公叔婆年纪已很大,也不怎么管这个顽皮的孩子。“他们想管也管不住。”

父母则是每年过年时,才和哥哥姐姐一起回家一次。他觉得海口就像是在“天的另一边”,父母在那么遥远的地方。

在他有限的记忆中,他回忆说,他记得有一年父母春节回来,在哥哥姐姐都睡着之后,母亲拿着给他的橘子来到他的床边,给他剥橘子吃。“哥哥姐姐都没有吃到,那个橘子是专门留给我的。”

在7岁时,他来到了父母工作生活的海口上小学,但他似乎没有从过去的“自由”中回过神,不愿意学习。

“到14岁时,我才上到小学四年级。”周庆春说,那时,他已经和社会青年来往,由于打架,他被校长劝退了。

流浪街头打架判刑

“那时候不敢回家,只是在街上游荡。”周庆春说,被退学是在春节后,天气还有点冷。他就和朋友“混”在一起。这些朋友都是靠在市场偷窃为生,但他始终没有偷过,只是在一旁看。

周庆春说,有时候,朋友们会带他到家里睡觉。“都是等他们父母睡着,偷偷把我从后门带进去睡上一晚。”

实在没办法去别人家睡,他就在市场卖衣服的竹棚里,趁人家收档,躲在下面睡上一晚。最后,还是他哥哥将他找到带回了家。

周庆春说,那时候他讲“义气”,也喜欢打架,所以当朋友受欺负会挺身而出。

因为打架,他15岁第一次进入监狱,被判了有期徒刑五年。

“从来没怨过父母”

他回忆说,当时有个在学校的朋友被人欺负,他就纠集了8个“朋友”一起去报复别人。

打架时,他拿着棍子,“不小心”把别人的一个脾脏打破了。

当得知他“闯大祸”时,曾在公安系统工作过的父亲,专门带警察到家里去守,找他曾经的朋友问他下落,最后还是父亲将他带到了警察的面前。

“但是我从没怨过父母。”周庆春说,父母都管教过他,但是他从来不会听,坐牢是因自己做错了事。

之后,周庆春便被关到了位于广州的广东省少管所,一待就是五年,最后,由于表现出色,被减刑了5个月。

两次判刑七次戒毒

出狱后,周庆春回到海口,在第二天,就迎来近百个“朋友”看望。

“我当时还劝他们不要打架”,周庆春说,但“朋友们”告诉他,可能刚出来还不大习惯,潜台词是,“说不定今后你打得还凶。”

结果,不到一年,正在姐姐店里帮客人理发的他,又因为朋友被打,拿起砍刀就出去了。

从此便一发不可收拾。到21岁时,便有老板找到他“看场”,自己也成了“大哥”。

“那是种使唤人的感觉。”周庆春说,当时年轻的自己认为当“大哥”有地位、有面子,“要风得风,要雨得雨”。

他说,如今偶尔静坐时,还会有过去的片段浮现在脑中,则是不舒服的感觉。当时的生活是不断报复别人,也不断地过着别人报复自己的日子,甚至有人曾拿枪对着他。

由于老板吸毒,他也跟着吸起了毒品。此后,周庆春两次被判刑,一次五年、一次九个月,一次劳教,一年半时间,七次强制戒毒。

为女儿决心改变

那时候做“大哥”的他已经结婚还有女儿,但他几天才回家一趟。

有一天他走到门口,听到妻子哭着对在怀里哭的女儿说:“哭什么哭!你没有爸爸了!你爸不要你了!”

“我当时就愣在门口了,不知道过了多久,可能是几十秒,也可能是几分钟。”周庆春说,那时吸毒的朋友很多都去世了,而他又能再活几年?到时候妻子和女儿怎么办?

一直在混沌中生活的他,第一次想到了“责任”,作为父亲的责任。“如果今后女儿长大知道了我现在这个样子,她还能抬得起头吗?”

他再次想到了母亲,母亲已老去,而他没有尽到儿子的责任。

妻子对女儿的话,让他从梦中醒了过来。周庆春说,那一刻,他有种恍如隔世的感觉,之前的种种风光都那么不真实,而眼前的家人才是真实的。

这次,他决定改变自己。

周庆春

去监狱戒毒所分享经历

“只要你愿意改,我就不会放弃。”这是周庆春的姐姐一直告诉他的话。此时,他才真正地听了进去。

2012年,他随着姐姐来到广州,开始在一家公益组织边做义工边戒毒,一做就做了四年多。前几个月由于戒毒特别没精神时,他并不觉得内心空虚,因为有很多东西要学习,他说,就这样渐渐地适应了没有毒品的日子。

义工周庆春会到医院帮助病人,去戒毒所、监狱分享自己的经历。

“此前,我的人生很迷茫,充满了罪恶感。”在每次进行分享前,周庆春总会这样讲述自己。他经历的种种过去,往往能够引起台下观众十二分的注意。到了最后,他也总会感谢亲人:“我母亲这三十年来,从来没有见到她开怀大笑过,但是这两年来,我会经常听到她的笑声。在打电话时,母亲的第一句话就是说,我很开心,很健康,只有我健康了,你才能在外面好好地工作。”而到此时,观众已从震惊中感受到真实的亲情,许多人热泪盈眶。

但在出门分享经历时,周庆春也会碰到一些“尴尬”。

由于曾吸毒并有案底,所以,他在车站等公共场所时,往往成为警察关注的对象。“有一次是去时被验了一回尿,回来又被验了一回尿。”

对此,他并不在意,有时他会主动向警察递去身份证,说“我曾经吸过毒”,对方则会看着他说,“看你脸色挺好,不像。”

被评“十佳”志愿者

“姐姐说能够让我改变,社会上就少了一个做恶事的人,她也算是做了件善事。”周庆春说,正是姐姐和家人对他不放弃,他才能迷途知返。

之前,他曾在看守所碰到“朋友”的儿子,那个年轻人也沾染了不良的习气。在周庆春开始改变后,他便教导这个年轻人,努力过普通人的生活。“他现在是外卖小哥,通过自己的努力赚钱,赚的钱干净,生活也平静。”

在网络上有一部名为《重生》的微电影,电影讲述了一个网瘾少年迷途知返的故事,而帮助网瘾少年的电影主人公就是曾经吸毒多年的周庆春。

周庆春说,现在碰到熟悉的年轻人,只要他们心里想改变,他都会努力帮助,就像当初姐姐不放弃自己一样。

4月12日,国务院总理李克强在北京人民大会堂同来华进行正式访问的圣多美和普林西比总理特罗瓦达举行会谈。这是会谈前,李克强在人民大会堂东门外广场为特罗瓦达举行欢迎仪式。

  4月12日,国务院总理李克强在北京人民大会堂同来华进行正式访问的圣多美和普林西比总理特罗瓦达举行会谈。这是会谈前,李克强在人民大会堂东门外广场为特罗瓦达举行欢迎仪式。新华社记者 李学仁摄

   人民日报北京4月12日电 国务院总理李克强12日下午在人民大会堂同来华进行正式访问的圣多美和普林西比总理特罗瓦达举行会谈。

  李克强表示,中国同圣普关系实现正常化,符合圣普国家和人民利益,顺应时代发展大势。中国一贯主张国家不分大小,一律平等,都应相互尊重彼此核心利益和重大关切。希望圣普坚定恪守一个中国原则。中方愿在相互尊重、平等相待基础上,同圣普增强政治互信,推进务实合作,扩大人文交流,开启两国关系与互利合作新篇章。

  李克强强调,中方愿同圣普充分发挥各自比较优势,对接发展战略,落实好两国五年框架合作协议。希望双方在旅游服务业、农渔业、基础设施建设等领域开展互利合作。中方愿根据圣普的需求提供力所能及的帮助,包括提供更多来华留学培训名额和派遣医疗队。

  李克强指出,加强同非洲国家的团结与合作是中国长期、坚定的战略选择。中方将秉持真实亲诚的对非洲政策理念,支持非洲实现持久和平与可持续发展,愿继续同包括圣普在内的广大非洲国家一道,推进非洲“三网一化”建设,在中非合作论坛等框架下加强合作,提高非洲自主发展能力,实现中非互利共赢。

  特罗瓦达表示,圣普与中国复交开启了两国关系的新篇章,必将推动两国友好合作关系。圣普将坚定奉行一个中国政策,尊重中国主权和核心关切,巩固双方政治互信。圣普对两国关系发展前景充满信心,期待中方分享发展经验,愿发挥自身经济优势,与中方落实好双边合作框架协议,为中方企业投资兴业创造良好条件,加强旅游、渔业、基础设施、人员培训等领域合作,带动圣普发展,造福两国人民。圣普视中国为朋友与伙伴,高度赞赏中国政府的对非洲政策。

  会谈前,李克强在人民大会堂东门外广场为特罗瓦达举行欢迎仪式。全国政协副主席刘晓峰等出席。

  会谈后,两国总理共同见证了双方经济技术、人员往来、基础设施、旅游等领域多份双边合作文件的签署。

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