合成酵母菌基因组计划创造了超过50%合成DNA的菌株_科学

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酵母syn6.5菌株的扫描电镜照片，该菌株含有~31%的合成DNA，显示正常的形态和出芽行为

科学家首次在实验室中培育出一种基因组中合成DNA含量超过50%的酵母菌。这是该团队15年来从零开始设计和构建完全合成的真核生物基因组的最新里程碑，该团队希望在一年内完成这项工作。

合成酵母基因组计划，也被称为酿酒酵母(Sc) 2.0，由来自世界各地的研究小组组成，他们各自负责合成酵母基因组16条染色体中的一条。

“我们有来自四大洲顶尖大学的大约10支队伍;“这是一项真正的国际努力，”曼彻斯特大学合成基因组学主席、Sc2.0项目国际协调员帕特里克·蔡解释说。

诺丁汉大学的本·布朗特是其中一个英国研究小组的负责人，他解释说，酵母多年来一直被用作真核生物的模式生物，这意味着科学家可能比其他任何生物都更了解酵母。他解释说:“酵母的基因组非常紧凑。”“它还有一种令人印象深刻的天生能力，可以将DNA拼接在一起。”所以，如果你有两个DNA序列，它们之间有相似的序列，酵母就会把DNA缝合在一起。”

《细胞》、《分子细胞》和《细胞基因组学》杂志最近发表了8篇论文，其中Sc2.0联盟的团队描述了他们合成的酵母染色体，并强调了他们发现的关键特征。此外，该联盟发表了一项概念验证研究，其中6.5条合成染色体加上一条仅由转移RNA (tRNA)基因组成的额外“新染色体”，被整合到一个能够以类似于野生酵母的方式生存和复制的单细胞中。

蔡教授解释说:“我们展示了在一个细胞中融合超过50%的合成DNA的技术。”“这是生物学和生物技术的一个里程碑——这是我们迄今为止制造出的合成程度最高的生物体。”

布朗特的团队负责第11号染色体的设计，他解释说，在进行广泛而漫长的“调试”过程之前，每条染色体的设计都受到一套严格的设计原则的仔细控制。然而，Sc2.0合成基因组不是天然基因组的直接拷贝，而是包含数千个设计编辑，包括删除移动元件和内含子，转移rna (trna)的重新定位以及交换终止密码子，以增加基因组的稳定性并产生各种具有理想特性的表型，例如对病毒的免疫力。

布朗特的研究小组还表明，它的染色体可以被重新利用，作为研究染色体外环状dna的新系统。这些游离于基因组外的DNA环，因其在衰老和癌症中的作用而被越来越多地认识到。布朗特说:“这些圆圈是肿瘤对我们使用的许多治疗方法产生抗药性的方式。”

蔡的实验室还创造了一个完全人工合成的“新染色体”，仅由275个tRNA基因从原始染色体中重新定位而成。蔡说:“自然界中没有这样的东西。”“(但)我们把它植入酵母(细胞)中，它似乎对此很满意，这意味着它是有功能的。”

现在，将每条染色体整合到单个酵母细胞中的过程正在进行中，预计完整的合成基因组将在一年内完成。

约翰·格拉斯(John Glass)是J.克雷格·文特尔研究所(J. Craig Venter Institute)合成生物学小组的负责人，该小组曾在2010年制造出一个具有合成基因组的细菌细胞。他说，他认为Sc2.0的工作是“一个连续体”。他解释说:“随着他们向制造完全合成基因组的酵母细胞的目标迈进的每一步，他们都在真核生物学中发现了非凡和意想不到的令人着迷的东西，随着时间的推移，这些东西将对医学、工业和我们对自己的看法产生非凡的影响。”

“十多年来，他们让这个由至少16个不同的学术、工业和政府组织组成的团体团结在一起，并通过各种各样的来源为其提供资金。”这不是一项微不足道的任务。

茱莉亚以科学通讯员的身份加入了《化学世界》团队 2023年5月到期。在此之前，她花了8年时间领导临床和科学公司英国皇家药学会(Royal Pharmaceutical Society)的官方期刊《The Pharmaceutical Journal》是药剂师的会员机构。查看完整档案