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合成生物学，最早是由于人们发现了一些基因调控的开关，因此开始探索能否通过改变染色体来调控基因表达、控制生物成长的学科。早在2006年，国际研究者们就针对酿酒酵母这一工业生产中使用最为广泛的一种微生物开展了相关研究，这当中也不乏我国科学家们的身影。
中科院深圳先进院合成生物学研究所研究员戴俊彪就是他们中的一员，作为国际科研项目“人工合成酵母基因组计划（Sc2.0）”的主要负责人之一，2017年，戴俊彪及其团队成功实现了酵母中最长的那条染色体（12号合成染色体）的人工合成，该成果入选2017中国科学十大进展、中国高等学校十大科技进展，被认为是合成生物学上的里程碑事件。
与合成酵母“结缘”
2000年，戴俊彪从清华大学硕士毕业后去美国读博时开始了分子生物学方向的研究，2006年在霍普金斯大学读博士后期间开始参与整个酿酒酵母基因组合成的研究。
“合成生物学，实际上是用工程的理念去研究生命科学，例如了解细胞是怎样变成器官，再变成个体的过程，然后试着看能不能人为操纵这个过程……”一谈起自己所从事的研究，戴俊彪就变得非常投入，语气中充满了热情。
为什么要选择酵母菌而不是其它？戴俊彪告诉记者，作为一种很好的工业微生物，酿酒酵母在酶、食品、药品、商用化学品以及能源领域有着大量的应用。通过人工合成染色体，可以改变它的一些特性，有着深刻的科学意义。
“大家都觉得这是一种简单的单细胞生物，但实际上看似是简单的东西，里面有很多生物学机制还是不清楚的，所以我们希望能够利用这项研究作为一个模式，看到这些DNA片段的生物学功能是什么，例如看到DNA和酿酒酵母表型、功能之间的关系。”戴俊彪说。
而这项研究的产业意义也同样不容小觑。例如发酵过程中产生的乙醇，对细胞是有抑制作用或者伤害作用的。当乙醇的量达到百分之十几以上，对细胞的生长就有很大的抑制，我们可以利用合成生物学来改变这一点。酿酒酵母还可以作为“细胞工厂”来生产青蒿素等，通过染色体的重排，就有可能实现突破，获得更高的产量。
躬耕方知行路难，这段“科普”听上去简洁明了，实际上整个工程覆盖1200多万个碱基对，从2006年到2011年，整整五年时间，才完成了1%的酵母基因组的设计合成，撰写了第一篇文章，发表在《自然》杂志上。
揽下那条“最长的染色体”
2012年，为了加快研究进度，项目组决定开展国际合作，把十几条染色体进行分组，由来自全球10所高校的200多名科学家分工。刚刚回到国内在清华大学担任研究员的戴俊彪极力促成了中国团队的加入，并认领了16条染色体中长度最长、功能最特殊12号染色体。
“染色体的作用就是包含了很多遗传信息，可以变成细胞里的可以发挥功能的蛋白，使之成为生物的表型，我们要通过改变这些染色体来控制这个功用。”戴俊彪说。
这项研究难点在于，要用设计好的DNA把整条染色体上的碱基一个一个全部取代，而天然酵母12号染色体上面有约250万个碱基对。实验室的任务是将一段段划分好的天然染色体“替换”成由化学物质合成的人工染色体，经常会遇到人工合成的部分一加入，酵母停止生长的状况，严重影响实验进度。“就和二手房装修一样，万一不小心拆了承重墙，整个就塌了。”
为此，戴俊彪团队想了许多办法，终于找出了问题区域，针对性地重新构建。终于，实验成功了，2017年3月，他与国际合作团队在《科学》杂志上以封面专刊同期发表了七篇论文，5条酵母人工染色体被攻克，来自中国的3个研究团队占据其中4条，被视作合成生物学里程碑式的进展。
2018年5月，《自然·通讯》以专刊形式七篇齐发，聚焦中英美德四国科研团队在合成酵母菌株应用的重大突破。戴俊彪本人也于当年获得了我国生命科学界的最具影响力的“谈家桢生命科学创新奖”。
因热爱而坚持
很多人会问，这种艰难的、十数年如一日甚至看似枯燥的研究，是如何坚持的？答案是热爱。热爱，让这份看似枯燥的工作变成了有趣的探索，也让这条漫长的道路变成越战越勇的旅程。
“我从读博时就开始接触酵母了，一直都觉得非常有趣。”戴俊彪说，“坚持的目标就是两个，一个是科学目标，另一个是产业目标。”
通过设计了一套让基因重组排列的诱导系统，戴俊彪团队让自然界中需要漫长的时间（甚至长达上亿年）才能完成的性状进化过程在短短几天之内就能完成，从而筛选出有用的遗传物质和细胞，使外源代谢途径优化、底盘细胞适配以及菌株耐受性提升等，极大提升了目标产物的产量。
2017年，戴俊彪选择南下来到了深圳，加入中科院深圳先进院，继续科研事业。如今的他，在这座创新、奋斗的城市，继续着自己科研路上的奋斗。每天早上到实验室之后，要忙到晚上十一二点钟才回家，几乎天天如此。
“目前深圳在创新方面做的非常非常多，强调基础研究的布局，投入也非常大，有很多年轻的研究者们都来到这里，产生了集聚效应；并且深圳没有很多条条框框的束缚，来到这里可以真正的开展一些更大踏步的研究。”戴俊彪说。
科研之外，戴俊彪还很希望能站在三尺讲台上，为培养下一代的生命科学人才做点事。“学生命科学是很辛苦的，要选择真正热爱的事业，一旦选择了，就要坚持攀登高峰，”戴俊彪常常鼓励学生们，“希望他们成为能推动整个生命科学产业发展的人才，提升我国生命科学研究的国际地位，为相关产业发展打开更广阔的天地。”（光明日报全媒体记者党文婷、严圣禾）
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