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人造生命的突破

作者:《支点》记者 袁阳平 实习生 何芬点击次数:354   发布日期:2018-10-08

核心提示:菲沙基因参与研究“创造”的世界首例单条染色体真核细胞,是人造生命一个重要的里程碑。

 

菲沙基因科研人员在进行试验。

 

已经过去了一段时间,周帆仍不敢相信,她参与完成了一项“不可能完成的任务”。

8月2日,国际顶级学术期刊《自然》在线发表一项重要成果——Creating a functional single chromosome yeast(人工合成的单条染色体酵母菌)。该成果突破了人们对于真核生物和原核生物界限的传统认知,从理论上论证了未来可以人工合成任何生命。

该成果由中国科学院上海植生所、武汉菲沙基因信息有限公司(以下简称“菲沙基因”)等合作完成。作为菲沙基因三维基因组负责人,周帆和三位同事的名字出现在这项成果的作者名单中。

菲沙基因成立于2012年,是一家集第三代测序技术服务、三维基因组学技术服务、癌症基因组医学服务、基因组数据库搭建等生物信息上下游产业于一体的高新技术企业。去年11月份,公司完成了5000万元B轮融资,由雅惠精准医疗基金领投。

菲沙基因副总经理江舟自信地说,公司核心的“三代测序+三维基因组技术”,已经成为基因组学领域的黄金标准,目前市场上超过8成的测序公司采用二代测序技术,“我们从二代测序的一片红海中跳了出来”。

 

起步

 

2012年,国内基因检测产业就已开始“热起来”。这一年,陈楠生在武汉创办了菲沙基因,公司取名于加拿大西蒙菲沙大学校名中的“菲沙”二字。他是这所大学的终身教授。

江舟是菲沙基因创始团队成员之一。他介绍,公司最初在华中农业大学办公,两间不到50平方米的办公室,环境简陋,团队不足10人。

菲沙基因起步期的不少业务来源于华中农业大学。江舟说,这所大学里有不少教授委托公司对动植物基因进行检测,我们帮助教授们提供基因测序及生物信息分析服务。

2014年,菲沙基因搬迁到武汉光谷生物城。如今公司已拥有2000多平方米的办公面积。

在武汉光谷生物城B8栋里,《支点》记者看到,菲沙基因走廊的墙面上张贴着多位在生命科学领域做出突出贡献的科学家画像,植物学“怪杰”施莱登、“中国克隆之父”童第周……在画像下方,菲沙基因用醒目的字体写着:“在科学探索的道路上,你,不孤独。和你一起发现!”

走进公司实验室,看到员工们正低头从事科研。靠近实验室的最里侧,两台来自美国PacBio(美国太平洋生物科技有限公司)的第三代基因检测仪,被“封闭”在恒温恒湿的房子里。对于公司而言,这两台检测仪犹如“国宝”熊猫一样珍贵。

江舟告诉《支点》记者,公司引进的这两台测序仪是中国首批,售价高达1000万元。

 

转型

 

然而,这么高端的设备用起来并不“灵光”。

2016年4月,设备从美国运抵公司实验室。喜之过后,苦恼紧随而来。

江舟说,全新的基因测序仪如何操作,大家经验不足。基因检测数据不能如期完成,导致公司订单的交付时间被延迟。“甚至设备出现的一些疑难杂症,美国PacBio公司也是在探索中找到解决方案。”

“我们需要攻关测序过程中的一个个问题,仅耗材费就花去了上百万元。”江舟说。在这期间,销售团队还不断地向客户解释第三代基因检测仪的优势与精准度。

在公司内部,对是否引进第三代基因测序仪还引发激烈的争议。2015年,公司原本引进美国Illumina公司二代测序仪,双方商谈已接近尾声,沟通也非常顺畅,就差最后签合同成交了。

菲沙基因是坚守第二代基因检测细分领域,还是转型升级向第三代基因检测进军呢?

在2016年之前,国内二代基因检测市场已是一片红海,单次的成本价已杀到40元至50元之间。与此同时,三代基因检测单次的成本约为1.2万元到1.5万元不等,到了2017年,费用下降到1800元到2000元左右。

江舟说,虽然三代测序较二代昂贵,但是经过公司技术团队反复讨论分析,随着三代测序检测费用的大幅下降,公司看好三代测序未来的市场前景。

2015年12月,中国科学院遗传与发育研究所的一项课题运用了菲沙基因三代基因测序技术,科研成果在国际期刊上发表,受到业界好评。

 

研究人员正在探讨问题。

 

突破

 

一个更加艰巨的任务,正考验着菲沙基因。

周帆回忆,第十三届国际工业微生物遗传学大会在武汉召开,菲沙基因结识了中科院上海植生所研究员覃重军。

大会期间,覃重军介绍他的团队正在研究的课题。他们提出了一个大胆想法,将酿酒酵母的16条染色体通过人工改造,逐步融合为1条染色体,用以探索只含1条染色体的酿酒酵母是否能生存、是否能完成有性生殖。

覃重军介绍,团队用了4年时间,合成了只有一条染色体的酵母菌,这个新生物命名为SY14。他们希望能构建染色体的三维基因组,并进行测序数据的解读。

正在向第三代基因测序技术转型升级的菲沙基因,希望拿下这个项目。但覃重军提出了严格的要求,3个月内要出结果,因为国际上有美国的同行正在展开类似的研究。“大家都在跟时间赛跑,看谁的耐力更好。”

从常规第二代基因检测看,3个月拿到初步的实验结果,加上数据分析及解释,“这是不可能完成的任务。”

2017年初,6个SY14样本从上海空运到武汉公司。打开用干冰包裹的样本,周帆与团队成员无比兴奋。

“这是一项全新的研究,没有谁知道哪条路是正确的。”周帆说。

周帆向《支点》记者介绍,在数据分析过程中,如何解释数据背后的意义,这是团队吵得最多的。现在回想起来,周帆笑着说,为了找到最佳的路径,团队的每一项争议,都会与覃重军在上海的团队及时沟通,大家都在寻找最佳解释路径。

“大家常年‘在线’熬夜,经常半夜还开电话会议。”周帆回忆当时的工作场景时说,经过3个多月的努力,公司终于拿到了酵母的三维基因组数据及第三代测序数据及初步的分析结果。

后面还有一段路要走。前期完成对酵母数据的测序后,菲沙基因还要完成酵母的基因组组装、三维基因结构实验和分析等工作。

周帆介绍,后期的工作需要运用PacBio技术提供三代测序服务。在她看来,这项工作就是对前期实验过程是否精准再度做出核实。经过三代测序,结果出来后,严谨的实验数据告诉所有人,染色体果然按预期排列,进一步证实了实验的准确性。

一切都如期推进。周帆告诉《支点》记者,公司利用PacBio测序验证了覃重军团队的染色体融合完全符合预期。这表明,天然复杂的生命体系可以通过人工干预变简约,自然生命的界限可以被人为打破,甚至可以人工创造全新的自然界不存在的生命。

去年10月,覃重军将这一最新科研成果的论文,投给了《自然》学术期刊。“起初对方没有回复,我们还怀疑是不是晚于对手了。”周帆说,今年初,《自然》杂志来电告知需要团队补充数据,“我们才知道还有希望。”

当看到补充的数据清单时,大家都惊讶了:团队后期还需提交与完善大量的数据。“我们反复用实验和分析来验证,确保文章中每一个字都经得起考验。”周帆确信地说。

8月2日,论文发表的当日,这一成果被全国各大媒体争相报道,成为在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞,也是继原核细菌“人造生命”之后的一个重大突破。

江舟介绍,这篇论文有17位作者,其中第7位到第10位来自菲沙基因,周帆名列第7位,其他三位同事分别是:肖世俊、刘琳、曾筱菲。

“我们现在都不敢相信这一切是真的。”周帆说。

 

蓝海

 

这一研究发现,将在哪些产业领域产生运用前景呢?

周帆以不同领域运用为例指出,用于人类健康研究,可以探究癌细胞中的三维拓扑结构特征,让我们了解为什么癌细胞可以实现强劲增长;用于农业方面研究,可以从动物、植物、微生物经济性入手,研究复杂性状的基因调控网络与机制,为农业生物技术的应用指明方向。

覃重军表示,这次研究发现,让我们开始对生命现象和规律有了全新的认识,进而人工创造出新的生命。随着三维基因组与三代测序的普及,基础生物学发展将迎来新契机。

“这次成果在《自然》上发表,表明三维基因组学的研究前景巨大。”江舟称,全国的医院、高校、科研机构资源丰富,测序市场巨大,非常有利于基因检测行业的发展。

他举例介绍,全国有数百家企业已经开展基因组学在临床方向的研发及应用,也有一些成熟的产品获得国家批准上市,但这仅仅只是开始,随着基因测序技术的不断发展,临床市场将会越来越大。

资本市场也是动作频频。《支点》记者了解到,近一年来,国内基因检测公司纷纷获得高额融资,如基因测序应用公司“安诺优达”“诺禾致源”“希望组”等均完成了上亿元巨额融资。

三维基因测序和三维基因组技术正日趋成熟,而菲沙基因已早早抢占“风口”。(支点杂志2018年10月刊)