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从驯化到选择性育种，再到DNA编辑，人类长期以来一直试图将动植物的遗传构成转化为我们的需求。现在，一个国际研究小组已经迈出从头开始构建一个复杂的有机体的基因组中的显著一步-一个魔女[R里程碑追求全合成生命。
由纽约大学Langone医学中心的遗传学家Jef Boeke领导，合成酵母项目(Sc2.0)现在为单细胞真菌酿酒酵母建立了五个新的合成染色体，通常称为贝克酵母。
Boeke的实验室之前曾在2014年合成了第一个合成酵母染色体，这意味着超过三分之一的有机体基因组-总共有16条染色体-现已被工程替代品取代。该联盟还完成了整个基因组的设计，并期望在一年内合成所有染色体的工作版本。
Sc2.0并不是创造合成生命的第一个主要努力。2010年，遗传学家Craig Venter制造了Mycoplasma mycoides细菌的整个基因组，并将其移植到另一种支原体物种中，创造了第一个自我复制的合成生物。这个基因组几乎与原始基因组相同，但去年他的团队发布了一项新的研究，他们将有机体的基因组削减到了473个基因-生命所需的基本骨骼。
尽管这些壮举令人印象深刻，但是M. mycoides远比酵母简单，只有一条染色体。酵母是一种真核生物，包括所有复杂的生命类植物和动物-并且也是关键过程的核心，如烘焙，酿造以及最近合成化学品。
该生物体已被遗传修饰以质量-产生胰岛素，抗生素，疫苗，生物燃料和甚至香水。实验室实验表明酵母可以调整以生产各种各样的化学物质，甚至还用于在微生物燃料电池中发电。
所有这些都是通过已建立的基因工程方法完成的，其中生物体DNA的部分被来自其他地方的有用基因取代。但是，从底层开始构建生物体整个基因组的能力可以让科学家更好地控制酵母能够产生什么。
“这项工作为完成设计师合成基因组奠定了基础，以解决医药和工业中未满足的需求，”Boeke在一份新闻稿中说。“超越任何一个应用程序，该文件证实，新-创建系统和软件可以在活细胞中的染色体重编程回答有关遗传机制的性质基本问题。”
上周四3月9日发表在“科学”杂志特刊上的七篇论文中揭示了这一突破，其中包括来自世界各地实验室的200多位作者。在主纸，乔尔·巴德，生物医学教授领导的研究小组的工程在医学约翰霍普金斯大学医学院，介绍一下如何在合成基因组进行了重新设计，使其更容易对操纵。
通过去除非编码DNA，新基因组比天然基因组大约小8%，还包括17个而不是16个染色体。这是因为所有酵母的转移RNA(tRNA)-在构建蛋白质时负责将氨基酸置于正确的顺序-通常通过基因组扩散，所有这些都被放入一个额外的染色体中。这有助于提高基因组的稳健性，因为tRNA众所周知地不稳定并且由于它们被转录的频率而易于发生突变。
新设计还包括一个称为SCRaMbLE的生化系统，可以更容易地定制染色体。整个基因组中放置的大约5,000个DNA标签可以用突变进行靶向，该突变导致蛋白质随机修改生物体的遗传密码。然后科学家们可以看出这些变化是否会产生任何理想的特征，例如产生有趣的新化学物质或能够在极端环境中生存的菌株。
“我们正在缩短数百万年的进化时间，”爱丁堡大学实验室正在建造第17条染色体的Patrick Cai告诉连线。“我们的目标不是设计一种特殊的酵母，而是一种适合工程化的酵母。”
该项目核心的国际合作的关键是创建一个名为BioStudio的软件。该程序实际上是一个版本控制软件，允许多个用户同时编辑基因组并接受和拒绝变更。最重要的是，当出现问题时，它允许对以前的设计进行“回滚”。
这个翻译代码到现实生活中的染色体遵循类似的渐进的过程，随着基因组的小块被相继引入活酵母这是进行比较对天然酵母看到修改后的菌株怎么办。如果合成酵母遇到问题，研究人员知道哪个部分带有故障并且可以返回并“调试”错误的代码。
该研究最令人印象深刻的一个方面是该组织对有机体的遗传密码进行了大规模的改变。“事实上，他们能够在五条不同的染色体上做到这一点，并且健康仍然与野生型细胞类似，这非常令人印象深刻，”合成基因组学的合成基因组学公司的丹吉布森说，他是另一种酵母物种合成染色体的生物技术公司。新科学家。
然而，基因组合成并不简单或便宜。哈佛大学的遗传学家乔治·丘奇告诉大自然，它不可能取代像CRISPR这样的工具-一种基因工程的主力，通过添加或去除DNA的短片段来进行有针对性的遗传编辑-除了最复杂的遗传密码重写之外的其他任何东西。
尽管如此，该研究大大扩展了基因工程可能的范围。“他们已经能够在代码中引发根本性的变化，因此它会使你更加激进，”教会说。
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