三次生物技术革命：探寻生命的奥秘

中国科学院院士，华大集团联合创始人、董事、理事长杨焕明做客中国石油大学（华东）“黄岛讲坛”，介绍合成生物学最新进展

“科学因参与的人而有声有色，有血有肉。”

“我拥有的只是过去，你们拥有的将是未来。”

“我对人类的未来充满信心，这也是我对年轻人的信心。相信生命世界在你们的手里会更加美丽。”

“基因变成了‘信息’，生物学变成了数字，未来生物信息学与智能化，特别是基因组设计，将对生命科学的研究和发展至关重要。”

“‘合成生物学’是继‘DNA双螺旋结构发现’和‘人类基因组计划’后，以基因组设计合成为标志的第三次生物技术革命。”

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日前，中国科学院院士，华大集团联合创始人、董事、理事长杨焕明做客中国石油大学（华东）“黄岛讲坛”，围绕“生命科学的三场‘革命’”主题，为学校师生做了一场生动、深刻的“基因和组学”讲座。讲座中，他以新冠肺炎疫情的暴发为切入点，以DNA双螺旋结构的发现、人类基因组计划、基因组的设计合成等为骨架，用有趣、鲜活的生命科学故事串联起生命科学的三场革命。

杨焕明

生命信息化带来了全球化合作

杨焕明作为中国代表，曾参与了人类基因组计划，与团队一起完成了“1%的测序组装”任务；在世界上首次利用全基因组“霰弹法”策略对大型植物基因组进行测序；独立完成了超级杂交水稻父本籼稻“9311”基因组的“工作框架图”。他本人及团队所承担的人类、水稻以及家猪、家鸡、家蚕等的基因组相关重大项目使我国的基因组研究跻身世界前列。至今，他已经在《自然》系列、《科学》、《细胞》等杂志上发表了多项有国际影响力的研究成果。

即便是取得如此成就，杨焕明在讲座开场依然保持谦逊，“生命对我仍是奥秘。”他表示，从生物学到生命组学，从个体的一个、数个基因到全部基因、基因组，从一个个体到一个物种的全部基因组，从一个物种到一大类物种的基因组，从人类基因组到其他相关基因组，仍有众多的生命奥秘等待去研究、去挖掘。“我拥有的只是过去，你们拥有的将是未来。”杨焕明鼓励学生，站到他们这代国内外科学家的肩膀上，继续探寻生命的奥秘。

谈起为师、为学，杨焕明认为为师要“知为知，不知为不知”“温故而知新”，要实事求是，不能不懂装懂，更不能班门弄斧、关门舞刀；为学要拜师、交友、学道，多向老师请教，多交一些朋友，才能真正学到东西。

谈及“基因组学”时，杨焕明提及当下的新冠肺炎疫情。这轮疫情让全人类面临着史无前例的挑战，全球疫情感染人数每天都在增加。杨焕明每天关注感染人数的变化，也更关注疫情背后的科技发展。

“在抗疫中，我们学到了什么？”“DNA序列到底能改变什么？”杨焕明通过一系列的发问，引发学生思考。他表示，核酸检测曾经仅仅是一项实验室技术，如今已经变成了临床诊断的“黄金标准”。

同时，生命的信息化也带来了全球化的合作，“国际上有一个叫‘全球流感共享数据库（GISAID）’的机构，由多位顶尖科学家和诺贝尔奖获得者倡导成立，该机构已收集了837个冠状病毒全基因组序列，其中就包括奥密克戎等变异病毒的序列。数据实现了全球共享，研究新冠病毒可以不需要更多的样本，开发疫苗不再需要前期的基础性实验研究，这就是科学对人类历史发展的推动力。”

合成生物学为解决生态等诸多问题提供新思路

“在人类的自然科学史上，这半个多世纪是生命科学研究进展最快的时期，其中最重要的是1953年DNA双螺旋结构的发现，而我印象最深刻的则是我国参与的人类基因组计划。”人教版高中生物选择性必修3(生物技术与工程)教材上，有这样一段文字描述。文章的题目是《生物科技创造美好未来》，作者正是杨焕明。在他看来，要真正理解生命，离不开对基因的研究。

杨焕明在讲座中提到，DNA双螺旋结构的发现被誉为生命科学史上的“第一场革命”，它对于揭示基因本质和遗传信息的传递起到了决定性作用。基因是带有遗传信息的DNA片段，生命科学的“公式”就蕴含于基因之中，它揭示了简洁完美的遗传学定律，促成了遗传学基本规律的发现，回答了生命的基本特点。“龙生龙凤生凤，老鼠生儿会打洞；种瓜得瓜，种豆得豆。”杨焕明用我国传统谚语形象生动地解释了“基因就是‘信息’”的内涵。

2003年完成人类基因组计划则被科学界广泛接受为生命科学的“第二场革命”，与曼哈顿原子弹计划和阿波罗登月计划并称为“二十世纪人类三大科技创举”，它开创了国际合作新文化，开辟了组学新领域，催生了解序新技术。在讲到国际合作时，杨焕明特别强调，该计划开创了共需、共有、共为与共享国际合作新文化。合作文化推动重塑了国际科学研究的发展，尤其是近年来在新冠肺炎疫情防控工作中表现出巨大潜力。作为华大基因学院院长，杨焕明始终要求团队的科研工作要有广泛而密切的合作，不能固步自封。

“‘人类基因组计划’是人类历史上一次对生命最大规模的探索，意义非比寻常。”杨焕明说，中国作为参与该计划的唯一的发展中国家，承担的1%是人类基因组计划中最为完美的区域之一。这项任务的完成使中国进入到基因科技的国际先进行列，改变了全球组学的格局，让更多普通人知道了基因、基因组和“基因科技”，更推动了我国以组学为基础的生物产业，使我国研制的测序仪达到量产级别。

同时，人类基因组计划的实施也开辟了基因组学新领域并催生出新的测序技术，使得微（痕）量DNA测序技术在体液活检、DNA/RNA基因组分析、单细胞测序、宏基因组和生态组学等领域得到广泛应用，引发了一场细胞/发育生物学革命。

杨焕明提到，基因组序列是自然界生物演化的“实验室记录”，其间有无数科学家为之付出努力。“这是个人的一小步，却是人类的一大步。”阿波罗计划宇航员阿姆斯特朗的一句话让严肃的登月计划变得生动形象，生命科学的研究也是如此，“新闻会因人物故事而形象丰满，科学也会因参与的人而有声有色，有血有肉。”

“我们还有新的梦想——设计基因组，如果说基因测序是‘读懂生命密码’，那么基因重组的设计合成就是在‘续写生命密码’。”杨焕明表示，人类基因组计划还孕育了生命科学史上的第三场革命，即合成生物学。

“我们现在已能设计和合成多种有机物质的代谢途径，并能在完全可控的条件下产业化。还能设计和合成病毒、单细胞的原核和真核生物基因组，并已开始多细胞动物和植物基因组的尝试。这不仅为我们进一步探索生命起源和演化、探索生命的奥秘提供了新的研究系统，而且为我们解决生态、粮食和健康等诸多问题提供了新的思路。”杨焕明表示。

杨焕明还与师生分享了最新的合成生物学进展，例如通过改造酵母细胞，实现青蒿素、吗啡、大麻等复杂结构化合物以及人造肉的细胞工业化生产；通过与AI技术结合，高效设计合成通路，实现生物合成路径的高通量筛选；通过将牡蛎和植物代谢路径结合，利用贝壳的生长固碳，助力“双碳”目标实现等。

杨焕明特别强调，要尊重生命、遵循生命、探索生命，“生命充满了奥秘，而我们正沿着探索生命的大道前行”。他鼓励更多学生参与到对生命科学的研究之中，“我对人类的未来充满信心，这也是我对年轻人的信心。相信生命世界在你们的手里会更加美丽。”

人物小传

杨焕明，1952年出生于浙江乐清，中国科学院院士、中国遗传学会首席科学传播专家。曾荣获国家杰出青年科学基金、国务院“政府特殊津贴”等。现任华大集团联合创始人、董事、理事长。

杨焕明院士一直从事基因组科学的研究，作为中国代表参与人类基因组计划，并与团队一起完成了1%的测序组装任务。他和团队还为“国际人类单体型图计划”“国际千人基因组计划”“国际癌症基因组计划”等国际合作基因组计划的研究做出了重要贡献。

在世界上首次利用全基因组“霰弹法”策略对大型植物基因组进行测序，独立完成了超级杂交水稻父本籼稻“9311”基因组的“工作框架图”，使我国成为继美国之后的第二个具有全面测定和分析大型全基因组能力的国家。

他和团队所承担的人类基因组、水稻基因组以及家猪、家鸡、家蚕基因组等重大项目使我国的基因组研究得以跻身世界前沿。

核心观点

■未来生物信息学与智能化，特别是基因组设计，将对生命科学的研究和发展至关重要。

■“合成生物学”是继“DNA双螺旋结构发现”和“人类基因组计划”后，以基因组设计合成为标志的第三次生物技术革命。

■如果说基因测序是“读懂生命密码”，那么基因重组的设计合成就是在“续写生命密码”。

■现在已能设计和合成多种有机物质的代谢途径，并能在完全可控的条件下产业化。还能设计和合成病毒、单细胞的原核和真核生物基因组，并已开始多细胞动物和植物基因组的尝试。（青岛日报/观海新闻记者 王世锋）

青岛日报2022年3月2日8版

责任编辑：郝媛媛