▎药明康德/报导
DNA双螺旋结构的发现带动了测序技能的快速开展。跟着全基因组的连续解读，人类对遗传物质的研讨开端由认知迈向组成。一个簇新的研讨范畴展露光辉——基因组规划与化学再造。
2017年3月10日，天津大学化工学院元英进教授领导的研制团队在《Science》期刊上宣布两篇论文，成功完成了酵母5号和10号染色体的化学组成，在人工基因组化学再造方面取得了严重打破。团队处理了长染色体精准定制组成难题，并进一步提出了基因组重排精准操控办法。
这在某种程度上预示着，科学界对方式真核生物——酵母的人工基因组成立了精准的化学组成办法，并赋予其继续进化才能，具有严重的学术价值和经济价值。在今天揭晓的2019年第十三届药明康德生命化学研讨奖中，元英进教授因对酵母长染色体的精准定制组成的卓越贡献取得出色成就奖。
天津大学副校长、天津大学化工学院教授、教育部组成生物学前沿科学中心主任元英进教授
化学再造两条染色体 成功完成生物活性
酵母染色体的化学组成与再造，是一个极具应战的科学难题，面对很多不知道的困难，需求极大的决心和勇气。彼时，元英进教授已经在化学工程和生物学穿插范畴深耕三十余载，关于这一穿插学科的深沉堆集，使他意识到这一范畴对人类科学开展的严重意义，并勇敢地挑选了这一极具应战的科研方向。
酵母是具有工业运用价值的方式真核单细胞生物，共有16条染色体。元英进教授及其团队担任5号和10号两条染色体的组成作业。与原核生物在遗传物质特色上有许多不同，真核生物的遗传物质信息量要巨大得多、杂乱得多。元英进教授团队担任的5号染色体共有53.6万个碱基对，10号染色体则有超越70.7万个碱基对。要想经过化学办法从单核苷酸构建出完好的染色体，谈何容易？
根据多年化学工程范畴的研讨根底，元英进教授用工程学思想将这一巨大的作业进行了体系规划。“染色体能够看作一个大楼，咱们咱们能够把它分解成每一层楼、每一间屋、每一块砖。咱们的组成作业就从构建根本的‘砖’开端，咱们称之为‘Building Block’。以5号染色体为例，咱们将53.6万个碱基对分红了17个大的片段，再分红263个中等片段，然后分解成942个长度为750个碱基对的小片段。这些小片段便是咱们最终组成整条染色体的‘Building Block’。这一战略明显提升了超长DNA从头组成的作业效率。”
创立缺点批改技能 处理长染色体精准组成难题
组成染色体很难，想要取得有生物活性的人工组成染色体难上加难。在基因组的化学组成过程中，碱基序列的反常和错配会极度影响组成细胞的生长与功用，即人工组成基因组存在缺点。因而，怎么定位和批改这些缺点靶点是基因组组成面对的两大难题。
在组成基因组中发现并批改一个碱基骤变过错，往往要花费数月时刻，并且难度巨大。元英进教授及其团队立异性地开发出了一种组成基因组的缺点靶点定位技能——混菌标签缺点序列定位办法（pooled PCRTag mapping[PoPM]），能够快速匹配出人工组成的酵母基因组中导致表型反常的基因靶点，完成了人工组成菌株和野生型菌株相同具有自我调控才能，做到化学组成基因组具有生物活性。
由元英进教授团队开发的混菌标签缺点序列定位办法（图片来自：《Science》）
对酵母5号染色体的初级组成版别解析显现，共有3331个碱基不同于规划版别，且品种杂乱。要想彻底批改这些缺点，是一个巨大的应战。
对此，元英进教授及其团队运用同源重组技能和基因打靶办法，建立了体系性的双标定点基因组准确批改技能和DNA大片段重复的批改技能，历时18个月将5号染色体中3331个过错序列悉数批改，每一个分子都能够准确匹配规划序列。
化学组成酵母5号和10号染色体文章在《Science》宣布
这一技能的打破初次完成了真核人工基因组化学组成序列与规划序列的彻底匹配，为人工基因组的从头规划、功用完成与技能晋级奠定了根底。
更进一步，元英进及其团队还经过双分子“逻辑门开关”发动基因组重排体系，完成了基因组重排的精准操控，在基因水平上完成酵母菌功能的快速进化。这一技能在未来人工组成各类分子范畴有着巨大的运用潜力，经过定向的高通量挑选，有望完成动力产品、天然产品、药物分子的高效组成。
科教交融，BAG的斗胆探究
面向未来，为国育才。2012年，元英进教授开设了《基因组规划组成》课程，学习了美国霍普金斯大学的BAG（Build-A-Genome）课程方式，成为生物工程专业的必修课程和制药工程专业的选修课程。
这门课不单单是一门人工基因组组成的理论课程，更是一门实践课程。参加课程的学生们在为组成人工染色体添砖加瓦的过程中，得以经过人工基因组组成项目进行学习和练习，站在了世界科技前沿。61名参加该课程的学生一同参加了酵母5号染色体根本模块的化学再造。
“咱们咱们能够在这个渠道上快速推进更多的大项目，一同，也给予了科研人才生长和前进的时机和条件，做到了科研和人才培育的‘双赢’。” 元英进教授说道。经过这种对传统授课方式的斗胆革新，元英进教授将教育和科研真实结合起来，大批科研人才经过这种方法得以培育和出现，跟从项目一同生长，其间就包含了两篇《Science》的榜首作者谢泽雄和吴毅。
元英进教授与两篇《Science》榜首作者合影
左一：吴毅；中：元英进教授；右一：谢泽雄
想象组成生物学的未来，元英进教授表明：“咱们对组成生物学的探究将不仅仅是人工基因组的化学组成再造，还将向着自动化和智能化跨进。最近，咱们已运用组成DNA成功存储了一段视频，也成功地读取了其间的信息。未来，组成DNA作为信息存储和读取的介质将给更多穿插学科带来开展的关键，供给研讨拓宽的创意和方向。一同，运用数学有望对DNA进行全新规划编码；化学能够规划非天然碱基，然后编码非天然氨基酸的药物；精密仪器制作能够为未来高效的DNA拼装和高通量的细胞挑选带来更多的助力。咱们信任组成生物学将为人类的日子带来更多的惊喜。”
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