研究人员组装了五个新的完全人工酵母染色体

一个全球研究团队已经建立了五个新的合成酵母染色体，这意味着30%的关键生物的遗传物质现已被换掉进行工程替代。这是3月10日发表的七篇论文的一些研究结果之一，作为科学的封面故事。由NYU Langone遗传学家Jef Boeke博士和200多位作者组成的团队，这些出版物是合成酵母项目(Sc2.0)的最新成果。到今年年底，这个国际财团希望设计和建造所有16条染色体的合成版本 - 包含DNA的结构 - 用于单细胞微生物Baker 酵母(酿酒酵母)。

与计算机程序员一样，科学家们在人类，植物，细菌或酵母染色体上添加大量合成DNA，或者从人体，植物，细菌或酵母染色体中去除延伸，以期避免疾病，制造药物或使食物更有营养。贝克酵母长期以来一直是一个重要的研究模型，因为它们的细胞与人体细胞共有许多特征，但更简单，更容易研究。

“这项工作为设计师，合成基因组的完成奠定了基础，以解决医药和工业中未满足的需求，”纽约大学朗格尼系统遗传学研究所所长Boeke说。“除了任何一种应用，这些论文都证实，新创建的系统和软件可以通过重新编程活细胞中的染色体来回答有关遗传机制性质的基本问题。”

2014年3月，Sc2.0成功组装了第一个合成酵母染色体(合成染色体3或synIII)，其中包含272,871个碱基对，即构成DNA代码的化学单元。新一轮论文由概述和五篇论文组成，描述了合成酵母染色体synII，synV，synVI，synX和synXII的首次组装。第七篇论文首次展示了细胞核中合成染色体的3-D结构。

Sc2.0中开发的许多技术都是GP-write的基础，GP-write是一项旨在在未来十年内合成完整的人类和植物染色体(基因组)的相关计划。GP-write将于2017年5月9日至10日在纽约市举行下一次会议; 请访问此站点以获取更多信息。

全球生产

为了开始合成酵母染色体，研究人员必须首先计划数以千计的变化，其中一些变化使他们能够在一种快速，高效的进化中绕着染色体移动。其他变化消除了过去努力不可能发挥作用的DNA代码。然后可以筛选改变的酵母菌株的文库以查看哪些具有最有用的特征。

通过编辑，团队开始将经过编辑的合成DNA序列组装成更大的块，最终将其引入酵母细胞，细胞机器完成构建染色体。本轮论文中的一项重大创新涉及最后一步。

以前，研究人员需要完成一条染色体的构建才能开始研究下一条染色体。Boeke表示，顺序要求是瓶颈，这会降低流程并增加成本。本轮文章介绍了几种“合并”合成染色体组装的努力。

全球各地的实验室合成酵母菌株中的不同部分，然后交配(交叉)以快速产生繁殖酵母，不仅仅是整个合成染色体，而且在某些情况下有多个。具体来说，由纽约大学朗格纳Boeke实验室的博士后研究员Leslie Mitchell博士领导的一篇论文描述了含有三条合成染色体的菌株的构建。

“步骤可以在许多地方同时完成，然后在最后组装，就像网络笔记本电脑一样，以创建一个全球超级计算机，”米切尔说。

在此过程中，全球团队磨练了许多创新，并更好地了解酵母生物学。例如，清华大学的一个团队领导了六个团队建立了合成染色体XII(synXII)的团队，然后将其组装成一个长度超过一百万个碱基对(一个兆碱基)的最终分子。迄今为止，这种最大的合成染色体仍然是构建人类基因组分子所需的1/3000，因此需要新的技术。

此外，实验证明，酵母基因组可以在不杀死酵母的情况下发生剧烈变化，Boeke说。例如，酵母菌株在实验中幸存下来，其中DNA编码的部分从一条染色体移动到另一条染色体，或者甚至在酵母物种之间交换，几乎没有效果。遗传上柔韧的(塑料)生物为未来应用可能需要的戏剧性工程提供了良好的平台。

新出版的七个包括来自几个国家的十所大学的作者，包括美国(纽约大学朗格尼，约翰霍普金斯大学)，中国(天津，清华)，法国(巴斯德研究所，索邦大学)和苏格兰(爱丁堡); 以及来自主要行业合作伙伴的作者：中国领先的基因组学组织BGI，美国/中国的Genescript和WuXi Qinglan Biotechnology，Inc。

在中国天津大学化学工程与技术学院的带领下，描述SynV合成的论文值得注意，因为本科生是“建立一个基因组中国”的一部分，这是一个在美国在约翰霍普金斯大学，Boeke在来纽约朗格朗之前工作。这是新兴的“染色体铸造厂”全球网络的一部分，Boeke说，“它正在与染色体一起构建下一代合成生物学家。”