科技前沿的中國力量:“複製生命”與“簡化生命”
2018年11月09日01:50

  記者 白楊 北京報導

  在11月4日召開的2018騰訊WE大會上,除了探索浩瀚宇宙的話題之外,兩位來自中國的科學家――中科院上海植物生理生態研究所合成生物學重點實驗室主任覃重軍、中科院神經科學研究所所長蒲慕明還分別分享了有關生命科學的前沿內容。

  8年前,科學史上第一個人工合成的細胞誕生,其意義深遠。而今年,覃重軍團隊又開創了合成生物學的又一個裡程碑,他們將釀酒酵母16條天然染色體融合為1條超級染色體,創建出國際首例人造單染色體真核細胞。

  與第一個人工合成細胞所實現的“複製生命”不同,覃重軍團隊此次進行的是“簡化生命”的工作。而這,也使人工酵母有望成為尋找衰老和癌症治療方法的利器。

  蒲慕明於1999年創建中科院神經研究所並擔任所長至今,在他的帶領下,中科院神經所在科研機製和科學文化等方面都進行了革新,並推動了中國神經生物學研究的進步。

  2017年年底,中科院神經所成功實現全球首例獼猴體細胞複製,這一難題曾困擾全世界科學家20多年。不僅如此, 蒲慕明還是中國腦計劃的領軍人物,該計劃將讓人類進一步瞭解大腦,並為人工智能的發展奠定基礎。

  蒲慕明告訴21世紀經濟報導記者,現在的人工智能有很多局限性,它屬於專用性的人工智能,而不是通用型的。未來,人工智能的前沿發展將是類腦人工智能,即像人類大腦一樣去發揮最高極限的智能。

  “腦計劃的實施,就是要進一步去瞭解大腦基本環路,然後將腦科學應用到人工智能,只有這樣才能設計有效的人工網絡算法。這才是人工智能未來的前景。“蒲慕明表示。

  “簡化”生命

  據覃重軍介紹,自然界中的生物可以分為兩大類:一種是原核生物,它只有一條環型染色體,通常只能在顯微鏡下才能看到;第二種是真核生物,它的跨度很大,從人類到植物、真菌、酵母都屬於真核生物。

  與原核生物不同,真核生物擁有多條線型染色體。比如人類有23對染色體,狗有39對染色體,水稻有12對染色體,酵母則有8對染色體。可以看出,原核生物和真核生物之間最顯著的差異,就是染色體數量和構型。

  因此,覃重軍提出了一個設想,即能否創造一個真核生物,它只有一條染色體,並且讓所有的生長、繁殖信息都在這一條染色體上。當然,如果創造出來,也一定保證這個生命是可以好好存活的,才有價值。

  最終,釀酒酵母成為了覃重軍的實驗材料。他表示,一方面,釀酒酵母很特殊,它屬於最低等的真核生物,但它竟然有16條染色體;另一方面,釀酒酵母的研究會有很大的應用價值,日常生活中的啤酒、麵包都與它有關。

  從2013年開始,覃重軍率領團隊研究了近5年。他們利用基因編輯技術CRISPR-Cas9,切掉釀酒酵母基因組內大量的重複序列,並敲除原染色體的多個著絲粒和端粒,最終將釀酒酵母的16條染色體首尾拚接合成為1條超級染色體――它的長度接近原染色體的10倍。

  最讓覃重軍驚訝的是,他們造出的這個生物,染色體結構發生了巨大的變化,但它的細胞生長和細胞形態卻跟天然的幾乎一樣。覃重軍稱,通過分析背後的原因和機製,我們或許可以推演酵母如何進化,並用這種極簡生命來理解如人類般更為複雜的生命,這為研究生命本質開闢了新的方向。

  此外,覃重軍還表示,人類衰老、基因突變等都已確定與染色體兩端的保護結構“端粒”的長度有關,但人有46條染色體92個端粒,研究起來會很複雜。而這個人造的酵母只有1條染色體2個端粒,用它去探索解決疾病的新路,效率會大大提升。

  中國“腦計劃”

  近幾年,美國、歐盟和日本陸續提出了大型腦科學研究計劃。而中國科學家也在籌劃一個中國的腦科學計劃。

  據蒲慕明介紹,中國腦計劃將是“一體兩翼”的結構。其中“一體”代表主體的基礎研究,即瞭解大腦的結構,它的工作原理是什麼,從而理解大腦的認知功是如何實現的。而“兩翼“是實現兩個社會需求:一是找到腦疾病的診斷和治療方法,二是推動人工智能進一步發展。

  蒲慕明表示,中國的腦計劃已經準備了4年多,但至今還沒有啟動,是因為要做一個大計劃,且是2030年的國家大計劃,所以需要準備充分。“政府部門非常重視這個項目,2030重大專項也在積極準備中,相信很快會有所宣佈。”

  雖然跟國際相比,中國腦計劃的起步會較晚,但在蒲慕明看來,中國的準備會更加充分,涉及面也會更廣,將涉及從基礎的臨床到類腦人工智能的研究等。不僅如此,在腦計劃籌備之初也形成一個共識,即中國要有所為、有所不為,所以這個腦計劃要在發揮中國的優勢的基礎上,還真正對社會有用處、有貢獻。

  目前,基於中科院神經所的研究突破,世界首個體細胞複製猴“中中”及第二個複製猴“華華”已於2017年年底在中國誕生。蒲慕明表示,獼猴是最靠近人類的試驗動物,理解它的結構就更容易理解人的結構。“因此,我們把做出獼猴的全腦圖譜作為一個目標,這實際也是中國腦計劃的目標。”

  據蒲慕明透露,“中中”和“華華”這兩個複製猴將不會用於做實驗。“它們的任務完成了,就是證實這個途徑的可行性,現在與野生猴生活在一起,普通人根本分不清楚。”但蒲慕明進一步說道,兩個月內,他們將公佈一批新的複製猴。值得注意的是,即將公佈的複製猴是帶著疾病的,這也意味著複製猴將開始應用於醫藥研究。

  “現在的腦科學,就相當於20世紀初期的物理學和化學,那時候,很多重大的物理學發現都沒有出來,但傳統的理論已經非常成熟。現在的腦科學就是這個樣子,很多重大技術還沒有被突破,但我們已經看到了曙光。”蒲慕明表示。

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