video: Jef Boeke, part of the Synthetic Yeast GENOME Project (Sc2.0), discusses efforts to construct five synthetic yeast chromosomes - representing one-third of yeast's entire genome, in total. The results are major progress on the road to building the first fully synthetic complex organism, which the Sc2.0 consortium hopes to do in the future (swapping all 16 yeast chromosomes for engineered ones). This material relates to a paper that appeared in the 10 March 2017, issue of Science, published by AAAS. The paper, by S.M. Richardson at Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, MD, and colleagues was titled, "Design of a synthetic yeast genome." view more
Credit: NYU Langone Medical Center
在一组内有7项新型研究的报告中，合成酵母基因组计划（Synthetic Yeast Genome Project，Sc2.0）的科学家称，他们又构建了5个酵母菌染色体，总数相当于酵母菌全部基因组的三分之一以上；这些科学家先前构建过一个酵母菌的染色体。这些结果是科学家在构建第一个全合成复杂生物体的道路上取得的重大进步，这正是Sc2.0联盟希望在将来做到的（拆换全部16个酵母染色体来制造基改型染色体）。烘焙酵母是设计生物学的重要模型，它已被用来制造啤酒、生物燃料和药品，但它一旦配备了整套的合成且可替换的染色体（如本研究中所设计的），这种单细胞生物便可被用来生产更好的相关重要产品，其中包括新型抗生素或对环境更友善的生物燃料。2014年3月，由Jef Boeke领衔的研究人员首次构建了一个真核细胞酵母染色体（synIII）。本期《科学》杂志的前5篇研究报告描述了对酵母菌染色体synII、synV、synVI、synX和synXII的首次组装。第6篇文章勾画了创制烘焙酵母全合成真核细胞基因组的程序和目标，第7篇文章第一次观察了数个合成染色体的3维结构，其中包括含有1个以上合成染色体的菌株。
本组文章中所描述的构建染色体的研究涉及到首次使用特别软件BioStudio来精心设计一直被研究人员关注的染色体。这包括了对基因做保守改动（即去除基因间某些重复而且较少被用到的DNA区域）。在某些情况下还涉及到将相当大范围的DNA从一个染色体转移到另一个染色体。作者报告称，尽管有这些改动，但一旦改动的染色体被放置在活体酵母细胞中，这些细胞仍能正常地生长。这种可塑性表明，科研人员今后还能进行更大的改动，探索基因组改造的限度，令酵母菌制造出更有用的产品。关键的是，科研人员在其设计的染色体中常常将所谓的loxPsym位点等基因标记放置在被认为是非必需的基因旁，这样，他们便能改动或删除这些基因并观察含有这些改造染色体的酵母菌是否能存活。在某些情况下，引进loxPsym位点会令必需基因表达下降，令酵母菌出现问题。这些结果将帮助科学家们更好地了解生命所需的基因成分。这组研究还报告了该团队研发的一个对重构染色体进行“除错”的新系统；尽管规划过程一丝不苟，但合成染色体有时在加入到活体细胞中时还是会出现功能故障。研究人员必须弄清楚其原因，该研究联盟的新技术有望加速这类研究。
该研究勾勒的这种方法为迎接基因操纵的新时代做好了准备；其他的应用包括，基因疗法：该疗法目前局限于输送单一基因，但为了治疗目的，它可被扩展而用来输送基因网络或信号传导通路及多个基因。Krishna Kannan和Daniel G. Gibson撰写的《视角》文章对这一研究提出了更多的见解。.
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