1.5.1　合成能力飞速发展

人工基因组合成是指在工程学思想的指导下，借助计算机工具设计具有特定功能的人工基因组，并利用 DNA 从头合成和模块化组装技术构建人工设计基因组，使其实现预期功能。2002年，纽约州立大学石溪分校的Eckard Wimmer通过化学合成病毒基因组获得了具有感染性的脊髓灰质炎病毒，这是人类历史上首个人工合成的生命体；2008年，美国Craig Venter研究所合成了5.8×105个碱基对的生殖道支原体全基因组，首次实现了人工合成微生物基因组；2010年，美国Craig Venter研究所宣布了首个“人工合成基因组细胞（JCVI-syn1.0）”的诞生，其设计、合成和组装了1.08Mb的支原体基因组，并将其移植到山羊支原体受体细胞中，产生了仅由合成染色体控制的支原体细胞，这标志着人工合成基因组实现了对生命活动的调控。这项工作在科学界引起了巨大反响，使“合成生物学”进入了大众的视野。2012年，美国约翰·霍普金斯大学开始着手酵母染色体人工版本（Synthetic Yeast Genome Project，Sc2.0）的合成，这是首次挑战真核细胞基因组的合成，该项目由美国、中国、英国、法国、澳大利亚、新加坡等多国研究机构参与并分工协作。Sc2.0旨在设计和完全化学合成16条染色体，这些染色体包含来自啤酒酵母的1250万个碱基和一个带有所有 tRNA 基因的“新染色体”，删除了转座子、内含子等非必需遗传元件，人工酵母基因组序列精简了6%。该项目不仅为真核染色体的系统研究提供了一个平台，还通过其“从构建到理解”的过程扩展了生物学知识的范围。目前，人工合成基因组生物已涵盖了病毒、原核生物和真核生物，预定特性的人造细胞已悄然实现，这是生命体系从自然发生到人工产生的一个转折点。

近年来，人工基因组合成不断取得突破性技术进展。最小基因组的合成不但增进了人类对细胞行为和机制的理解，也为科学研究和生物制造产业提供了优质的底盘细胞；密码子扩展和非天然氨基酸技术的应用实现了全新生命体的创建，拓展了人工基因组合成新策略和形式。2011年，利用多重自动基因组工程在32个大肠杆菌菌株中完成了同义终止密码子替换，实现了对大肠杆菌基因组314 个TAG到TAA终止密码子的转换。2014年，美国科研人员设计合成了一个非天然碱基配对, 并将它们整合到大肠杆菌基因组，首次扩展了生命遗传密码，使未来的生命形式有无限可能。2016年，美国Craig Venter研究所合成了最小支原体基因组JCVI-syn 3.0，精简了大量非必需基因和半必需基因，使其仅含有473个基因，基因组大小为531000个碱基对，这种细菌具有已知生物体中规模最小的基因组。2018年，我国研究人员将单细胞真核生物酿酒酵母的16条天然染色体人工创建为具有完整功能的单条染色体，构建出世界首例人造单染色体真核细胞，为利用极简生命形式理解染色体进化、研究生命本质开辟了新方向；2019年，美国研究人员将4种合成核苷酸与4种天然核苷酸组合，构建出由8种核苷酸组成的DNA，这些DNA分子的形状和行为都具有一定的可行性，可以转录为RNA，极大地扩展了核酸储存的信息密度等；同年，精简了丝氨酸密码子TCG、TCA和终止密码子TAG，完成了大肠杆菌基因组1.8万个密码子的转换，构建了仅有61个密码子的大肠杆菌基因组。