创新之城
2019-02-27 16:38
“2018年度中国科学十大进展”今天揭晓，其中“基于体细胞核移植技术成功克隆出猕猴”和“创建出首例人造单染色体真核细胞”两项成果出自上海科学家团队，并以高票位列前两名。
令人欣喜的是，这两项成果后续研究也取得了不俗的进展：创建了世界首例生物节律紊乱猴及其克隆后代，再创单条环型染色体酵母。
“2018年度中国科学十大进展”遴选活动由科技部基础研究管理中心牵头举办。《中国基础科学》《科技导报》《中国科学院院刊》《中国科学基金》和《科学通报》5家编辑部推荐了353项科学研究进展。初选时，邀请专家遴选出30项进入终选。终选采取网上投票方式，邀请中国科学院院士、中国工程院院士、973计划顾问组和咨询组专家、973计划项目首席科学家、国家重点实验室主任、部分国家重点研发计划负责人等2600余名专家学者对30项候选科学进展进行网上投票，得票数排名前10 位的入选“2018年度中国科学十大进展”。
世界首个体细胞克隆猴诞生，它的名字叫“中中”
《西游记》里的孙悟空拔根毫毛，就能变出许多个孙悟空。世界上第一个体细胞克隆猴“中中”就诞生在中国科学院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心的非人灵长类平台。2018年1月25日，国际顶尖学术期刊《细胞》以封面文章在线发表了这一重大突破。
世界上第一个体细胞克隆猴“中中”（中）董天晔摄
1996年7月5日，英国科学家伊恩·威尔穆特博士成功地克隆出了一只与它的“母亲”一模一样的小羊多莉，“克隆”这个科学术语从此妇孺皆知。利用体细胞克隆技术，不仅诞生出了包括马、牛、羊、猪和骆驼等在内的大型家畜，还诞生了包括小鼠、大鼠、兔、猫和狗在内的多种实验动物。
目前绝大多数脑疾病之所以不能有效治疗，主要原因之一是研发药物通用的小鼠模型和人类相差甚远，研发出的药物在人体检测时大都无效或有副作用。尽管全世界从2002年就开始非人灵长类体细胞克隆的研究，包括美国、新加坡、德国、日本、韩国等知名研究机构，但一直没有相关科学报道，也就难以建立模拟人类疾病的动物模型，因此这也成为了一道世界性难题。
中国科学院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心孙强和刘真研究团队经过五年攻关最终成功得到了两只健康存活的体细胞克隆猴。这将推动我国率先发展出基于非人灵长类疾病动物模型的全新医药研发产业链，促进针对阿尔茨海默病、自闭症等脑疾病，以及免疫缺陷、肿瘤、代谢性疾病的新药研发进程。
研究后续：
时隔一年，2019年1月24日，中国科学院神经科学研究所/脑科学与智能技术卓越创新中心宣布创建了世界首例生物节律紊乱猴及其克隆后代，论文发表在我国顶级综合期刊《国家科学评论》上。
生物节律紊乱克隆猴。董天晔摄
此次克隆有两个技术突破。第一，不同于“中中”“华华”从流产猴的胚胎体细胞克隆而来，这次选择了1只一岁半、睡眠紊乱最明显的猴子来提供体细胞，被国际同行评价为“首次证实通过体细胞核移植技术可以克隆成年基因修饰猴”。尽管克隆技术路线是一致的，但在效率上略高于“中中”“华华”，这将在很大程度上打消人们对于克隆技术效率的担忧。第二，首次利用基因编辑猴的体细胞得到克隆后代。“中中”“华华”都是野生型猴，从疾病研究的角度来说，不如基因编辑猴的克隆后代，这也回答了“携带有特定基因编辑的体细胞是否可以用来克隆”的疑问。
世界首例生物节律紊乱体细胞克隆猴模型的诞生，开启了标准化创建疾病克隆猴模型的新时代，有助于缩短药物研发周期，提高药物研发成功率，对疾病研究和药物研发价值不可估量。
16合1，世界首例人造单染色体真核细胞问世
生物学教科书中，将自然界存在的生命体，分为真核生物和原核生物。所有的真核生物细胞，含有的染色体有多条，而且都是线型结构，比如人类、小鼠、酿酒酵母等都是真核生物，而原核生物细胞含有的染色体，通常只有一条，而且是环型结构，比如大肠杆菌、破伤风菌等许多细菌。
中国科学院分子植物科学卓越创新中心/植物生理生态研究所覃重军和薛小莉研究组、赵国屏研究组与中国科学院生物化学与细胞生物学研究所周金秋研究组等合作，在国际上首次人工创建了单条染色体的真核细胞——把酿酒酵母细胞里，原本天然的16条染色体，人工融合成了单条染色体，且仍具有正常的细胞功能。该成果于2018年8月2日在国际顶尖学术期刊《自然》在线发表，是在“人造生命”领域具有里程碑意义的重大突破。
人造单染色体酵母与天然酵母细胞对比图。两者形态相似，但染色体的三维结构有巨大改变
为什么选择酿酒酵母？酿酒酵母是日常发酵中最常用的生物种类，不仅用于制作面包、啤酒等，还是用于生命科学研究的代表性真核生物。作为1996年第一个完成基因组测序的真核生物，酿酒酵母有16条染色体，其基因约有三分之一与人类同源。
仅有一条染色体的真核细胞，打破了教科书中原核生物与真核生物的界限。该项工作表明，天然复杂的生命体系也可以通过“人造”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，为人类对生命本质的研究，开辟了新的方向。
研究后续：
覃重军团队与合作者把这一研究又往前推进了一步，他们在酿酒酵母细胞单条线型染色体基础上，创造了一种新的酵母菌株，其仅含有一个单一的环型染色体，这也是之前在大自然中没有被发现的。2018年12月17日，该成果发表在了《细胞研究》上。
自然界原本就有染色体环化现象，人类或其他真核生物的染色体，原本是线型的，但在个别染色体出现疾病、缺失或突变的情况下，也有可能变成环型。因为无法判断这一效应是由环化造成还是其他原因，人们很难去界定和研究这个情况。该研究的新颖性在于，第一次实现了精确环化，即通过把单条线型染色体两端的端粒敲除，直接变成了单条环型染色体，从而可以更清晰地观察到，在细胞的衰老和异常过程中，到底发生了什么。
人类的衰老与染色体两端的端粒长度直接相关。随着细胞分裂次数的增加，染色体末端的端粒长度会逐渐缩短，当端粒变得不能再短时，细胞就会死亡。“让人惊讶的是，原本以为单条线型染色体环化以后，会很难生存，没想到还是活得比较好。此外，我们发现它并没有端粒依赖的衰老。”覃重军说，希望借助这一工作能为高等生物的染色体疾病及衰老的研究提供有用的模型。
相关链接：2018年度中国科学十大进展
1、基于体细胞核移植技术成功克隆出猕猴
2、创建出首例人造单染色体真核细胞
3、揭示抑郁发生及氯胺酮快速抗抑郁机制
4、研制出用于肿瘤治疗的智能型DNA纳米机器人
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7、揭示水合离子的原子结构和幻数效应
8、创建出可探测细胞内结构相互作用的纳米和毫秒尺度成像技术
9、调控植物生长-代谢平衡实现可持续农业发展
10、将人类生活在黄土高原的历史推前至距今212万年
