新书发布｜《基因组合成生物学》：不久的将来，这个领域会涵盖目前人类可以制造的一切

华大集团BGI · 公众号 · · 2024-08-09 16:28

正文

近日，作为“合成生物学丛书”之一，华大生命科学研究院合成生物学领域首席科学家沈玥研究员、主任科学家付宪研究员共同主编的《基因组合成生物学》一书由科学出版社、山东科学技术出版社联合出版。该书汇聚了国内外合成生物学领域顶尖专家与学者的智慧结晶， 全面系统地展示了基因组合成生物学的最新研究成果与发展趋势 。

合成生物学被誉为“第三次生物科学革命”。合成生物学以工程化设计理念，驱动生物技术从认识生命进入到设计生命乃至创造生命，不仅为生命科学研究提供了新范式，也为传统产业带来颠覆性变革的机遇。基因组合成生物学作为合成生物学的重要分支，被认为是合成生物学发展的终极目标之一，旨在通过系列技术手段从头设计构建一个生命系统的基因组，从而掌握生命系统的基本运作原理，揭示生命活动的底层规律。

随着DNA测序、合成与编辑技术的快速发展和基因组学知识的不断积累，作为合成生物学的重要分支领域，基因组合成生物学在21世纪不断取得突破，实现了从病毒、细菌到真核单细胞生物基因组的从头再造，进而为认识和理解生命的基本规律提供了新的契机，也为人类应对环境、能源、食品和疾病等方面的挑战带来了颠覆性的技术方案。随着碱基合成价格的持续下降及相关技术的不断发展，病毒基因组、大肠杆菌基因组、酿酒酵母基因组已实现高效合成。

《基因组合成生物学》一书约36万字，包括“基因组合成生物学设计及设计原则”“DNA从头合成与构建技术”“人工合成基因组”“基因组合成生物学的应用与展望”等4章，涉及DNA合成技术、DNA组装技术、病毒基因组合成、原核生物基因组合成、真核生物基因组合成等方面，还涉及生物安全防控、基因组“写”计划、合成生物安全与伦理等内容。

《基因组合成生物学》一书主编沈玥博士表示， 基因组合成生物学将是未来生物学发展的重要分支，势必对人类健康和可持续发展产生重大影响 。希望通过本书的出版，为读者提供系统性、普适性和前沿性兼顾的内容梳理与介绍，吸引更多科研新生力量的加入，共同推动基因组合成生物学这一新兴学科的蓬勃发展。

在推荐序言中，哈佛大学教授George Church以信息存储和异种器官移植等为例，展示了基因组合成生物学在多个领域的应用前景。“基因组合成生物学是迈向工程生物学的通道，且实际上并不局限于生物学。在不久的将来，基因组合成生物学会涵盖目前人类可以制造的一切，甚至包括一些几乎无法想象的东西。” 他说，“ 该书将为人类广阔崭新的创造性潜力打开一扇大门，这种潜力也许是有史以来最有影响力的 。”

中科院院士杨焕明在推荐序言中指出，合成生物学这一领域作为20世纪70年代中期遗传工程的延续，其主要特点是基于DNA双螺旋结构，聚焦于已经鉴定的编码蛋白质的DNA序列，以实验室和工业化规模来生产蛋白质产品，带来了遗传学研究和生物产业的第一个飞跃。期待这本书能够激励更多年轻人投身于合成生物学这一生命科学和生物产业的重要领域，创造更加美丽的生命世界和更为美好的人类未来。

2011年，美国、中国、英国、新加坡、澳大利亚等国研究机构组成的国际协作组启动了“人工合成酵母基因组计划（Sc2.0 Project）”，旨在重新设计并合成酿酒酵母的全部染色体。沈玥博士是该计划的主要参与者之一。2017年3月，国际协作组宣布完成了其中5条染色体的从头设计与合成，并以专辑的形式在《科学》杂志发表。2023年11月，Sc2.0项目最新研究成果在《细胞》杂志及其子刊发布，标志着世界首个真核生物全部染色体的从头设计与合成正式完成，合成生物学领域的科学里程碑项目取得重大进展，为未来基因组合成生物学的研究奠定了重要参考。由沈玥博士牵头的华大团队作为中国主要参与单位之一，在整体项目中联合合作单位承担了酵母2号、7号、13号染色体的从头设计与全合成（300万碱基），约占项目总合成量的四分之一。

未来，在Sc2.0项目成果的基础上，华大还将基于合成生物学高通量平台的支撑，围绕合成型酵母开展更深度的研究工作，积极探索其在药物研发、医疗诊疗、工业等领域的应用，持续推动合成生物学从科研走向产业。