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科学家首次成功合成酵母染色体

日期:2014-03-31 00:00:00

由美、英、法等多国研究人员组成的科研小组27日宣布,他们成功合成了第一条能正常工作的酵母染色体。这一成果被誉为攀上了合成生物学的新高峰,也是向合成人造微生物等生命体迈出的一大步。

研究人员在新一期《科学》(Science)杂志上报告说,他们利用计算机辅助设计技术,历时7年成功构造了源于酿酒酵母的被称作 synIII 的染色体,尽管合成的仅仅是酿酒酵母 16 条染色体中最小的一条,但这是通往构建一个完整的真核细胞生物基因组的关键一步。

最让研究人员自豪的是这条染色体被成功整合进活体酵母细胞之中。研究负责人、美国纽约大学的 Jef Boeke 说:“携带这条合成染色体的酵母细胞相当正常,它们与野生酵母细胞几乎一模一样,只是它们还拥有一些新的能力,能够完成野生酵母无法完成的事件。” Boeke 认为,这是一项具有里程碑意义的研究成果,“就像第一个人类基因组被测序完成一样”。

2010 年,美国科学家 Craig Venter 曾宣布,培育出第一个由人工合成基因组控制的细胞,引起广泛争论。有科学家表示,Venter 的工作是在细菌中完成的,对象只是原核生物,而本次研究是第一次合成了完整的真核生物染色体,且复杂性远高于前者。

染色体 synIII 在酵母中的原始版本拥有近 32 万个碱基对, Boeke 等人进行了 500 多处修改,删除了近 4.8 万个被认为对染色体复制和生长没有用处的重复碱基对,还删除了一些被称为垃圾 DNA 的序列,比如不能编码任何蛋白质的序列及能够任意移动并可能导致变异的“跳跃基因”片段,最终构建的染色体拥有约 27 万个碱基对。

Boeke 表示:“改变基因组就像赌博。一个错误的变化,就可能杀死细胞”, 而大家的酵母仍然活着,这非常重要,说明大家的合成染色体生命力顽强,赋予酵母新的属性。”

研究人员说,这项成果将有助于更快地培育新的酵母合成菌株,用于制造稀有药物,包括治疗疟疾的青蒿素或治疗乙肝的疫苗等。此外,合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料,如乙醇、丁醇和生物柴油等。 Boeke 说:“大家的研究实现了合成生物学从理论到现实的转变。”