一個全球研究團(tuán)隊已經(jīng)建立了五個新的合成酵母染色體，這意味著30%的關(guān)鍵生物的遺傳物質(zhì)現(xiàn)已被換掉進(jìn)行工程替代。這是3月10日發(fā)表的七篇論文的一些研究結(jié)果之一，作為科學(xué)的封面故事。由NYU Langone遺傳學(xué)家Jef Boeke博士和200多位作者組成的團(tuán)隊，這些出版物是合成酵母項目(Sc2.0)的最新成果。到今年年底，這個國際財團(tuán)希望設(shè)計和建造所有16條染色體的合成版本 - 包含DNA的結(jié)構(gòu) - 用于單細(xì)胞微生物Baker 酵母(釀酒酵母)。

與計算機(jī)程序員一樣，科學(xué)家們在人類，植物，細(xì)菌或酵母染色體上添加大量合成DNA，或者從人體，植物，細(xì)菌或酵母染色體中去除延伸，以期避免疾病，制造藥物或使食物更有營養(yǎng)。貝克酵母長期以來一直是一個重要的研究模型，因為它們的細(xì)胞與人體細(xì)胞共有許多特征，但更簡單，更容易研究。

“這項工作為設(shè)計師，合成基因組的完成奠定了基礎(chǔ)，以解決醫(yī)藥和工業(yè)中未滿足的需求，”紐約大學(xué)朗格尼系統(tǒng)遺傳學(xué)研究所所長Boeke說。“除了任何一種應(yīng)用，這些論文都證實，新創(chuàng)建的系統(tǒng)和軟件可以通過重新編程活細(xì)胞中的染色體來回答有關(guān)遺傳機(jī)制性質(zhì)的基本問題。”

2014年3月，Sc2.0成功組裝了第一個合成酵母染色體(合成染色體3或synIII)，其中包含272,871個堿基對，即構(gòu)成DNA代碼的化學(xué)單元。新一輪論文由概述和五篇論文組成，描述了合成酵母染色體synII，synV，synVI，synX和synXII的首次組裝。第七篇論文首次展示了細(xì)胞核中合成染色體的3-D結(jié)構(gòu)。

Sc2.0中開發(fā)的許多技術(shù)都是GP-write的基礎(chǔ)，GP-write是一項旨在在未來十年內(nèi)合成完整的人類和植物染色體(基因組)的相關(guān)計劃。GP-write將于2017年5月9日至10日在紐約市舉行下一次會議; 請訪問此站點以獲取更多信息。

全球生產(chǎn)

為了開始合成酵母染色體，研究人員必須首先計劃數(shù)以千計的變化，其中一些變化使他們能夠在一種快速，高效的進(jìn)化中繞著染色體移動。其他變化消除了過去努力不可能發(fā)揮作用的DNA代碼。然后可以篩選改變的酵母菌株的文庫以查看哪些具有最有用的特征。

通過編輯，團(tuán)隊開始將經(jīng)過編輯的合成DNA序列組裝成更大的塊，最終將其引入酵母細(xì)胞，細(xì)胞機(jī)器完成構(gòu)建染色體。本輪論文中的一項重大創(chuàng)新涉及最后一步。

以前，研究人員需要完成一條染色體的構(gòu)建才能開始研究下一條染色體。Boeke表示，順序要求是瓶頸，這會降低流程并增加成本。本輪文章介紹了幾種“合并”合成染色體組裝的努力。

全球各地的實驗室合成酵母菌株中的不同部分，然后交配(交叉)以快速產(chǎn)生繁殖酵母，不僅僅是整個合成染色體，而且在某些情況下有多個。具體來說，由紐約大學(xué)朗格納Boeke實驗室的博士后研究員Leslie Mitchell博士領(lǐng)導(dǎo)的一篇論文描述了含有三條合成染色體的菌株的構(gòu)建。

“步驟可以在許多地方同時完成，然后在最后組裝，就像網(wǎng)絡(luò)筆記本電腦一樣，以創(chuàng)建一個全球超級計算機(jī)，”米切爾說。

在此過程中，全球團(tuán)隊磨練了許多創(chuàng)新，并更好地了解酵母生物學(xué)。例如，清華大學(xué)的一個團(tuán)隊領(lǐng)導(dǎo)了六個團(tuán)隊建立了合成染色體XII(synXII)的團(tuán)隊，然后將其組裝成一個長度超過一百萬個堿基對(一個兆堿基)的最終分子。迄今為止，這種最大的合成染色體仍然是構(gòu)建人類基因組分子所需的1/3000，因此需要新的技術(shù)。

此外，實驗證明，酵母基因組可以在不殺死酵母的情況下發(fā)生劇烈變化，Boeke說。例如，酵母菌株在實驗中幸存下來，其中DNA編碼的部分從一條染色體移動到另一條染色體，或者甚至在酵母物種之間交換，幾乎沒有效果。遺傳上柔韌的(塑料)生物為未來應(yīng)用可能需要的戲劇性工程提供了良好的平臺。

新出版的七個包括來自幾個國家的十所大學(xué)的作者，包括美國(紐約大學(xué)朗格尼，約翰霍普金斯大學(xué))，中國(天津，清華)，法國(巴斯德研究所，索邦大學(xué))和蘇格蘭(愛丁堡); 以及來自主要行業(yè)合作伙伴的作者：中國領(lǐng)先的基因組學(xué)組織BGI，美國/中國的Genescript和WuXi Qinglan Biotechnology，Inc。

在中國天津大學(xué)化學(xué)工程與技術(shù)學(xué)院的帶領(lǐng)下，描述SynV合成的論文值得注意，因為本科生是“建立一個基因組中國”的一部分，這是一個在美國在約翰霍普金斯大學(xué)，Boeke在來紐約朗格朗之前工作。這是新興的“染色體鑄造廠”全球網(wǎng)絡(luò)的一部分，Boeke說，“它正在與染色體一起構(gòu)建下一代合成生物學(xué)家。”