中國產單染色體酵母——驚世力作還是言過其實？

“人造生命”，多數百科中的解釋是創造自然界沒有的生命。但是嚴格來講， 這個描述並沒有給其一個清晰定義。如果只要與自然界存在的生命有一點點不同就算是人造，那麼生命科學進展到現在，每一株基因重組菌、每一隻轉基因動物，都算得上是人造生命：因為它們誕生於人類的實驗室中，本來並不存在於自然界。

而最原始、最嚴格的人造生命的定義，大約應該是“從零開始”，從沒有生命的物質合成出有生命的物質來。而現存的這些所謂人造生命，沒有一個算得上真正的從零開始——它們大多數是將現有生物進行改造得來的。

包括此次的單染色體酵母也是如此，作者們利用自然界的野生酵母，將其多條染色體末端修剪之後首尾相連拼接成一條大型染色體。染色體數量確實從16減少到了1，但是染色體中所包含的基因總量幾乎沒變，就好像把原來分裝在16個小文件夾中的文件歸整到一個大文件夾中——還是那些文件，只不過收納位置不一樣了。

由獅頭、鹿角、鷹爪、蛇身、魚尾拼接而成的中國龍，恐怕是最早的人類對於人造生物的幻想（來源：visualhunt.com）

當然整理酵母基因組的工作實際操作起來遠比整理文件要困難得多，因為生命尤其是真核生物是非常複雜的系統，有些基因僅僅是換個位置，或者拷貝數上的增減，都會影響到其功能。

與我國學者同時進行研究的美國實驗室即是被困在這樣的陷阱裏：他們將16條染色體拼成了2條，卻無論如何不能完成最後的融合，也許就是因為他們沒有拼對這些染色體的排列順序，或者沒有刪除某些冗餘基因片段。

正是由這樣的研究我們才得以知道，現階段人類雖然已經可以讀取編碼生命的幾乎全部基因數據，卻並不能透徹理解這些數據的含義——如果我們將基因數據一字不落地抄一遍，勉強可以讓生命從我們的手抄本中誕生；可是要我們選擇性地抄出生命存在不可缺少的那些部分，我們還是一臉茫然。連讀懂都做不到，更不要説譜寫。從“謄寫員”到“作家”，人類還有非常漫長的路要走。

真核生物達到最簡模式了嗎？

在真核酵母之前，曾經有過原核生物被成功改造的歷史 [5]。從十幾年前開始，美國生物學家克雷格·文特爾（Craig Venter）就在實驗室中合成出極為簡單的原核生物，並不斷地嘗試刪除不必要的基因，一次次挑戰着“簡單”的極限。

與此不同的是，這次對酵母的改造並沒有追求基因數量上的最小值——對於複雜的真核生物來説，只是把現有染色體拼接起來就已經足夠費力了。在真核生物的基因組中，大量充斥着之前被認為是“垃圾DNA”的片段， 而近來的一些研究卻又逐漸揭示了其中一些片段的作用。至於剩下的冗餘片段是否真的是垃圾？如果不是的話又有什麼作用？也正是這項酵母改造研究的後續令人期待之處。

染色體，“一條”就夠了？

在朋友圈刷屏的文章標題中，有這麼一個詞特別刺眼：“只剩一條”。用了這樣極端的限定詞，總會讓人誤以為是很多其他不必要的東西都被刪除掉了，而事實卻並非如此。上面也提到，單染色體酵母最終的一條几乎是之前全部染色體的總和，從基因的數量來説編輯後的基因組並沒有太多的刪減，此一條非彼一條。

然而從染色體數量上來説，16到1確確實實是非常大的變化。不要覺得只要文件足夠，裝幾個文件夾都是一樣，自然界的現存真核生物會用事實進行有力反駁——絕大多數真核生物都有多條染色體，並且基因在染色體上的位置和排列對於執行其功能非常重要。

舉個最簡單的例子，在人類的生殖細胞形成過程中，如果一條染色體的一小段掉下來，在DNA修復時被連接到錯誤染色體上面去，雖然基因的數量並無增減，但卻會給胚胎的形成和發育造成不同程度的障礙。

跟人類親緣關係最近的物種黑猩猩，其染色體組與人類非常類似，只是2號染色體分成a、b兩條。因此有科學家提出這樣的説法：2號染色體的融合是人類進化的開端。雖然這種説法有待考證，但是染色體結構與功能的關係顯而易見。

經由人工改造獲得的單染色酵母存在哪些生理缺陷？

在單染色體酵母中，染色體的合併也確實給酵母的繁殖造成了影響。在普通培養條件下，單染色體酵母比野生型單倍體酵母的繁殖速度稍微慢一點，其通過有性生殖產生的二倍體（即單染色體加倍）酵母的繁殖速度也稍慢於野生型。

然而，單染色體酵母的二倍體中，有三分之一的菌落在有絲分裂時無法維持正常的染色體數目。在有性生殖時，單染色體酵母的二倍體產生的孢子數量和活力上都要劣於野生型。

培養皿中的念珠菌菌落，隸屬於酵母屬（來源：Nathan Reading on VisualHunt.com）

如果把單染色體酵母和野生型酵母混合進行競爭性培養，單染色體酵母生長繁殖上的劣勢就更加明顯。這樣的結果就説明，擁有多條染色體的物種無疑有更強的生存競爭能力，可以在自然惡劣的條件下存活繁衍。

也許在酵母的自然進化中也曾經出現過只擁有一條染色體的菌株，只不過因為沒能抵禦環境和同類的挑戰而消失在漫長的歷史當中了。