《Nature Communications》期刊發(fā)布了synXVI 903 kb 合成釀酒酵母染色體的構建和迭代重新設計。展示了如何設計、構建和調試工程染色體，以創(chuàng )造更具彈性的生物體，成功完成了全球首個(gè)合成酵母基因組最后一個(gè)染色體的構建，從而在面對氣候變化和未來(lái)流行病時(shí)幫助確保食品和藥品生產(chǎn)的供應鏈。

這一突破研究標志著(zhù)全球Sc2.0項目的圓滿(mǎn)完成，研究旨在在創(chuàng )建來(lái)自釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）的首個(gè)合成真核生物基因組，以及一個(gè)全新的tRNA新型染色體。

研究團隊利用基因組編輯技術(shù)，包括CRISPR D-BUGS協(xié)議，識別并修正了影響酵母生長(cháng)的遺傳錯誤。這些修改恢復了該菌株在高溫條件下使用甘油這一關(guān)鍵碳源的生長(cháng)能力。

“這是合成生物學(xué)的一個(gè)里程碑時(shí)刻，”麥考瑞大學(xué)副校長(cháng)、聯(lián)合首席研究員Sakkie Pretorius 斯教授表示。

該研究的共同領(lǐng)導人、ARC合成生物學(xué)卓越中心主任 Ian Paulsen教授指出：“通過(guò)成功構建和調試最后一個(gè)合成染色體，我們?yōu)樯锕こ探⒘艘粋€(gè)強大的平臺，這可能會(huì )徹底改變我們生產(chǎn)資源的方式。”

研究團隊使用專(zhuān)業(yè)的基因編輯工具，識別并修復合成染色體存在的問(wèn)題，這些問(wèn)題會(huì )影響酵母在不利條件下的繁殖和生長(cháng)能力。

他們發(fā)現，遺傳標記在不確定基因區域附近的放置誤導了重要基因的開(kāi)關(guān)，尤其是對銅代謝和細胞遺傳物質(zhì)分配等關(guān)鍵過(guò)程造成了干擾。

“我們的關(guān)鍵發(fā)現之一是遺傳標記的定位可能會(huì )中斷重要基因的表達，”共同第一作者、新南威爾士州第一產(chǎn)業(yè)部的研究科學(xué)家Hugh Goold博士表示。“這一發(fā)現對未來(lái)的基因組工程項目具有重要意義，為其他生物體的設計原則奠定了基礎。”

被稱(chēng)為 synXVI 的染色體的完成使科學(xué)家能夠探索代謝工程和菌株優(yōu)化的新可能性。合成染色體的功能使研究人員能夠根據需要產(chǎn)生遺傳多樣性，從而加速酵母的開(kāi)發(fā)，增強生物技術(shù)應用的能力。

“合成酵母基因組代表了我們生物工程能力的質(zhì)的飛躍，”澳大利亞基因工廠(chǎng)首席科學(xué)官 Briardo Llorente 博士說(shuō)道。

如此大規模的合成染色體構建僅在澳大利亞基因工廠(chǎng)的機器人設備支持下實(shí)現。“這一成就為開(kāi)發(fā)更高效、可持續的生物制造過(guò)程提供了激動(dòng)人心的新機遇，包括藥品生產(chǎn)和新材料生產(chǎn)等領(lǐng)域，”Llorente博士補充道。

該研究為未來(lái)的合成生物學(xué)項目提供了寶貴的見(jiàn)解，包括在植物和哺乳動(dòng)物基因組工程中的潛在應用。團隊為合成染色體制定的新設計原則，建議避免將潛在干擾的遺傳元件放置在重要基因附近，這將有助于其他研究合成染色體的研究人員。

雜志：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-024-55318-3