Science：第一個(gè)真核生物染色體合成
日期：2014-03-28 09:15:22
由紐約大學(xué)Langone醫(yī)學(xué)中心系統(tǒng)遺傳學(xué)研究所主任Jef Boeke領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組宣布，他們已經(jīng)合成了第一個(gè)酵母功能性染色體，這是合成生物學(xué)領(lǐng)域的一項(xiàng)重大進(jìn)步。這一研究成果公布在3月27日Science雜志上。
在過(guò)去的五年中，科學(xué)家們已經(jīng)完成了細(xì)菌染色體和病毒DNA的構(gòu)建 ，但此次的完整真核生物染色體還屬于首次報(bào)道，研究人員表明，他們的這項(xiàng)成果也是自1996年以來(lái)，酵母遺傳學(xué)研究領(lǐng)域的最重要成果之一。
“我們的研究實(shí)現(xiàn)了合成生物學(xué)從理論到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)變”，Boeke博士解釋道，這位科學(xué)家是合成生物學(xué)領(lǐng)域的領(lǐng)銜科學(xué)家，近期離開(kāi)約翰霍普金斯大學(xué)加入了紐約大學(xué)Langone中心。
“這是有史以來(lái)構(gòu)建的最廣泛可變?nèi)旧w，但這項(xiàng)研究中真正稱得上是里程碑的還是將這一染色體整合進(jìn)了一個(gè)活體酵母細(xì)胞中。我們發(fā)現(xiàn)攜帶這種合成染色體的酵母細(xì)胞相當(dāng)正常，它們與野生酵母細(xì)胞幾乎一模一樣，不過(guò)這些細(xì)胞具有野生酵母不具備的能力。”
研究人員在Science雜志上公布了這項(xiàng)重要成果，他們報(bào)道了如何利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)，建立了一個(gè)全功能的染色體，研究人員將其命名為synIII ，并成功地將這一染色體整合進(jìn)啤酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）。
這項(xiàng)研究歷時(shí)七年，構(gòu)建的synIII染色體含有273 ,871個(gè)堿基對(duì) ，比其原態(tài)酵母短（316,667個(gè)堿基對(duì)）。Boeke博士和他的團(tuán)隊(duì)對(duì)這一染色體進(jìn)行了500多處改變，移除了47,841個(gè)DNA堿基對(duì)重復(fù)部分，他們認(rèn)為這些序列對(duì)于染色體復(fù)制和生長(zhǎng)并無(wú)用處。
而且研究人員也去除了一些被認(rèn)為是垃圾DNA的序列，比如不能編碼任何特殊蛋白的序列，能任意移動(dòng)的“跳躍基因”片段。此外研究人員還添加或改變了一些序列，用以標(biāo)記DNA（區(qū)分天然還是合成的）。
“改變基因組就像是在賭博，一個(gè)錯(cuò)誤的變化就可以殺死細(xì)胞， ”Boeke博士解釋說(shuō)。 “我們已經(jīng)在染色體上作出了50,000多處的更改，但酵母菌仍活著，這非常重要，說(shuō)明我們合成的染色體生命力頑強(qiáng)，賦予了酵母新的屬性。”
這項(xiàng)艱巨的任務(wù)是由“Build a Genome”項(xiàng)目中60位本科生協(xié)助完成的，這一項(xiàng)目是Boeke博士在約翰霍普金斯大學(xué)時(shí)發(fā)起的。研究人員將合成的DNA短片斷拼湊成750-1000個(gè)，或更多的堿基對(duì)片段，這部分由約翰霍普金斯大學(xué)Srinivasan Chandrasegaran教授領(lǐng)導(dǎo)完成， Chandrasegaran同時(shí)也是synIII研究的主要研究人員之一。
這項(xiàng)研究是一項(xiàng)國(guó)際性研究成果，簡(jiǎn)稱為Sc2.0，一些學(xué)術(shù)性研究機(jī)構(gòu)參與構(gòu)建了整個(gè)酵母基因組，比如中國(guó)，澳大利亞，新加坡，英國(guó)和美國(guó)的科學(xué)家。
酵母可以用來(lái)制造啤酒、生物燃料及藥物，當(dāng)它們一旦配備了全套合成的且可變的染色體時(shí)，比如在此項(xiàng)研究中所設(shè)計(jì)的染色體，這種單細(xì)胞生物就可以生產(chǎn)出這些重要商品的更好的版本，其中包括新的抗生素或?qū)Νh(huán)境更友善的生物燃料。
