近日，由诺丁汉大学和伦敦帝国理工学院领导的英国科学家团队已经完成了一项人工合成染色体的构建，并将研究结果发表于《Cell Genomics》。该研究是“人工合成酵母基因组计划”的一部分，该计划也是合成生物学有史以来最大的国际研究项目。
这项名为“Sc2.0”的合作项目历时15年，由来自世界各地（英国、美国、中国、新加坡、英国、法国和澳大利亚）研究团队的共同合作，参与酵母的所有染色体的人工合成。除了英国团队外，其他团队还发布了另外的9篇论文，描述了他们的合成染色体。这项有史以来最大的合成基因组计划预计将于明年最终完成。
这项工作首次构建了真核生物的合成基因组，真核生物是一种有细胞核的生物体，例如动物、植物和真菌。酵母是该项目选择的生物体，它具有相对紧凑的基因组，使研究人员能够在酵母细胞内构建合成染色体。
人类在使用酵母方面有着悠久的历史，几千年来，我们在烘焙和酿造中广泛使用酵母。同时，酵母还可用于化学品生产，并作为研究人类细胞工作模式的模型生物体。这意味着我们对酵母遗传学的了解比其他任何生物体都要多，也让它成为了本项研究合适的研究对象。
由诺丁汉大学的Ben Blount博士和伦敦帝国理工学院的Tom Ellis教授领导的英国团队现已报告完成了他们的染色体，即合成XI染色体。构建染色体的项目花费了10年时间，构建的DNA序列由大约660,000个碱基对组成，这些碱基对是构成DNA代码的基础单位。合成染色体经过复杂的调试后可以与天然细胞以相同的适应水平生长。合成基因组不仅可以帮助科学家了解基因组的功能，还拥有许多潜在应用。
“Sc2.0”合成基因组不是对自然基因组的直接复制，而是赋予它们自然细胞不具备的新能力。其中一项功能使细胞可以重组其基因内容，从而创造出数百万个具有不同特征的细胞。然后，科学家们可以挑选出具有改进特性的个体，在医学、生物能源和生物技术领域进行广泛的应用，这个过程无异于一场超级进化。
该团队还表明，合成染色体可以用作对染色体外环状DNA（eccDNAs）的研究。越来越多的研究人员认为染色体外环状DNA是导致衰老和许多癌症（包括胶质母细胞瘤脑肿瘤）恶性生长和化疗耐药性的原因。
Ben Blount博士是该项目的首席科学家之一，也是诺丁汉大学生命科学学院的助理教授。他说：“合成染色体本身就是巨大的技术成就，也将给应用生物学的研究和应用带来大量的新机会，包括为更环保的生物生产创造新的微生物菌株，帮助我们了解并对抗疾病等。”
他还表示：“合成酵母基因组计划是世界各地的科学家们共同合作大规模研究的极好范例，能够参与这样一项具有里程碑意义的工作是非常宝贵的经历，所有的科研人员都在朝着同一个目标携手努力。”
伦敦帝国理工学院合成生物学中心和生物工程系教授Tom Ellis表示：“我们设计并构建了从端粒到端粒的合成染色体，并证明它可以很好地取代天然染色体。我们团队的研究为染色体设计、甚至植物和动物等复杂生物体的染色体和基因组合成奠定了一定基础。”
除了诺丁汉大学和伦敦帝国理工学院的领衔，英国团队的成员还包括英国爱丁堡大学、剑桥大学、曼彻斯特大学、美国约翰霍普金斯大学、纽约大学朗格尼健康学院、墨西哥国立自治大学等。该研究工作在生物技术和生物科学研究委员会（BBSRC）的资助下完成。
参考文献：
1.Benjamin A. Blount, Xinyu Lu, Maureen R.M. Driessen, et al. Synthetic yeast chromosome XI design provides a testbed for the study of extrachromosomal circular DNA dynamics. Cell Genomics, 2023; 3 (11): 100418 DOI: 10.1016/j.xgen.2023.100418
