“Sc2.0”新里程碑合成酵母基因组接近完成

英国科学家完成了首个合成酵母基因组的合成染色体，这标志着合成生物学的重大进步，对医学、生物能源和生物技术具有广泛的影响。

　　

来自英国的一组科学家，包括来自诺丁汉大学和伦敦帝国理工学院的顶尖专家，已经成功地构建了一个人工染色体。这一成就是旨在创造世界上第一个合成酵母基因组的重大国际倡议的一个重要里程碑。

这项工作发表在《Cell Genomics》杂志上，代表着英国团队完成了酵母基因组16条染色体中的一条。

合成生物学有史以来最大项目被称为“Sc2.0”的合作是一个为期15年的项目，来自世界各地(英国、美国、中国、新加坡、英国、法国和澳大利亚)的团队共同努力，制造所有酵母染色体的合成版本。除了这篇论文，其他团队今天也发表了另外9篇论文，描述了他们的合成染色体。基因组计划——有史以来最大的合成基因组——预计将于明年最终完成。

项目进展及意义

这项工作是第一次构建真核生物的合成基因组，真核生物是一种有细胞核的生物，如动物、植物和真菌。酵母是该项目的首选生物，因为它具有相对紧凑的基因组和将DNA拼接在一起的先天能力，使研究人员能够在酵母细胞内构建合成染色体。

人类与酵母有着悠久的历史，几千年来，人们一直在驯化酵母，用它来烘焙和酿造，最近，人们把它用于化学生产，并把它作为我们自己细胞工作的模式生物。这种关系意味着我们比其他任何生物体都更了解酵母的遗传学。这些因素使酵母成为明显的候选者。

由诺丁汉大学的Ben Blount博士和伦敦帝国理工学院的Tom Ellis教授领导的英国研究小组现在已经完成了他们的染色体，即合成的第11号染色体。构建染色体的项目花了10年时间，构建的DNA序列由大约66万个碱基对组成，这些碱基对是构成DNA密码的“字母”。

合成染色体已经取代了酵母细胞的一条天然染色体，经过艰苦的调试过程，现在允许细胞以与自然细胞相同的健康水平生长。合成基因组不仅将帮助科学家了解基因组的功能，而且还将有许多应用。

与直接复制自然基因组不同，Sc2.0合成基因组被设计成具有赋予细胞在自然界中没有的新能力的新特征。其中一个特征允许研究人员强迫细胞洗牌它们的基因内容，创造出数百万个具有不同特征的不同版本的细胞。然后，可以挑选出具有改进特性的个体，用于医学、生物能源和生物技术的广泛应用。这个过程实际上是一种增压式的进化。

应用及未来潜力

该团队还表明，它的染色体可以被重新利用为研究染色体外环状 DNAs (eccDNAs)的新系统。这些自由漂浮的DNA环已经从基因组中“环出”，越来越多的人认识到它们是衰老的因素，也是许多癌症(包括胶质母细胞瘤脑肿瘤)恶性生长和化疗耐药性的原因。

Blount说:“合成染色体本身就是巨大的技术成就，但也将为我们如何研究和应用生物学开辟一系列新的能力。这可能包括为更环保的生物生产创造新的微生物菌株，帮助我们了解和对抗疾病。合成酵母基因组计划是由来自世界各地的一大批研究人员实现的大规模科学研究的一个极好的例子。能参与这样一项巨大的努力是一种很棒的经历，所有人都在朝着同一个目标努力。”

伦敦帝国理工学院合成生物学中心和生物工程系的Ellis教授说:“通过从端粒到端粒构建一个重新设计的染色体，并证明它可以很好地取代天然染色体，我们团队的工作为设计和制造合成染色体甚至是植物和动物等复杂生物体的基因组奠定了基础。”

参考:作者:Benjamin a . “Synthetic yeast chromosome XI design provides a testbed for the study of extrachromosomal circular DNA dynamics” by Benjamin A. Blount, Xinyu Lu, Maureen R.M. Driessen, Dejana Jovicevic, Mateo I. Sanchez, Klaudia Ciurkot, Yu Zhao, Stephanie Lauer, Robert M. McKiernan, Glen-Oliver F. Gowers, Fiachra Sweeney, Viola Fanfani, Evgenii Lobzaev, Kim Palacios-Flores, Roy S.K. Walker, Andy Hesketh, Jitong Cai, Stephen G. Oliver, Yizhi Cai, Giovanni Stracquadanio and Tom Ellis, 9 November 2023, Cell Genomics.