科學家們朝著白手起家邁出了重要一步

近年來，合成生物學取得了長足的進步。僅在過去20年裡，科學家們就已經能夠從合成相對較小的病毒丙型肝炎的基因組，到從單細胞生物中創造出研究人員所稱的“第一個合成細胞”。然而直到最近，研究人員還無法構建我們自己基因組成中最具象徵性的標誌之一：真核染色體。現在，一個科學家團隊宣佈，合成染色體的時代即將到來，因為《今日科學》上發表的一項研究揭示了該團隊是如何從頭開始構建酵母染色體的——這項實驗使該團隊能夠...

具有“不尋常特性”的酵母細胞

真核生物染色體屬於真核生物，如動物、植物和酵母，其細胞含有一個膜結合的細胞核。儘管科學家們此前已經能夠構建病毒DNA和細菌DNA，但還沒有實現真核染色體的合成。因此，當科學家們決定從頭開始構建染色體時，他們知道必須仔細計劃。”紐約大學的分子生物學家、這項研究的合著者Jef Boeke說：“我們並沒有對現有的染色體進行碳複製，而是在計算機上設計了一個經過廣泛修改的版本，使用了一套被預測可以**快樂、健康的酵母的原理。”

正是這種周密的計劃使得研究人員和60名本科生能夠費盡心思地將大塊的DNA串在一起，並將它們**活的酵母細胞中。這也使得他們能夠對染色體的自然序列進行500多處的改變——這一過程產生了被博克稱為“不尋常特性”的酵母細胞

“按需”重新排列染色體

他們引入的最重要的變化之一是添加了一個叫做“Cre”的基因。這種基因是非典型的，因為它產生一種蛋白質，也稱為“cre”，當它與雌激素（一種人類性激素）接觸時，可以擾亂合成染色體的序列。博克解釋說，這種技術被稱為“置亂法”，研究人員只需在生長培養基中加入不同濃度的雌激素，就可以“按需”在活酵母細胞內重新排列設計染色體的結構所以，就像洗牌一樣，你可以刪除或複製基因的任何一個子集，然後產生一組全新的卡片——或者一個全新的基因序列。”

研究人員希望利用這種置亂的方法，培育出能夠耐受更廣泛環境條件的酵母，並能更有效地進行發酵。如果他們能做到這一點，應用將不計其數，因為這些微生物的作用遠不止幫助我們**啤酒和麵包。”我認為，在未來10年裡，我們將看到各種由細菌和酵母製成的生物合成產品。他說：“這一進展將使抗瘧藥物和柴油等化合物的生產更具成本效益。”幾乎所有用酵母**的東西都可以從這種混亂的方法中獲益。”

“當我們能夠控制它的所有基因時，我們將能夠做更多的事情。”

但是，完全工程化的設計師酵母還沒有上路。在研究人員真正探索這項技術將產生的應用寶藏之前，還有很多工作要做，因為酵母有不止一條染色體。實際上，它有16個。”我們不太可能透過重新排列一條染色體來徹底改變一個產業。但是，如果科學家們能夠綜合這一整套技術，他們或許能夠徹底改變許多行業。”最終，我們要對所有16個人都這樣做，”博克說，這應該需要研究人員再花兩到三年的時間屆時，它將變得非常有趣和強大，因為當我們能夠控制它的所有基因時，我們將能夠做更多的事情。”

博克知道，有些人可能會質疑以這種方式“控制基因”的智慧，但他並不把這些批評看得太重。”除非它們僅以水果、堅果和魚類為食，否則它們有100%的可能享受著我們基因導向的祖先的幹預，他們進行了選擇性繁殖。“不管怎樣，他說，每當設計染色體變得太混亂時，“它就會自我刪除，自毀，酵母死亡，“因此，這類幹預措施的危險性微乎其微。