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不起眼的麵包酵母已被徵用來滿足人類的需求，負責生產啤酒、葡萄酒和麵包等主食。作為至少數千年的家養僕人，這種微小的真菌現在已被一群本科生用一個精簡的合成版本替換了其一條染色體。
染色體是 DNA 的扭曲鏈，DNA 是遺傳密碼，它告訴生物體的細胞機制要產生哪些蛋白質以及其他重要功能。麵包酵母中有 16 條染色體（相比之下，人類有 23 條），所謂的 合成酵母 2.0 專案 專注於第三號染色體，紐約大學朗格尼醫學中心的生物學家傑夫·博克稱其為“酵母遺傳學家最喜歡的一條染色體”，他幫助領導了這項研究。這是因為它包含了控制酵母性行為的遺傳物質。作為一種真菌，釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以進行有性和無性繁殖，而第三號染色體中的基因控制著交配，這使得它很容易透過世代追蹤。它也是第一條程式碼被科學家完全轉錄的染色體，並且恰好是酵母的 16 條染色體中第三短的染色體。
在 21 世紀初期，博克和他的同事們在約翰·霍普金斯大學的一家咖啡館裡一邊喝咖啡，一邊思考並策劃了一個方案，該方案最終成為了合成酵母 2.0 專案，這是一項全面努力，旨在為酵母構建一個合成基因組，這將允許幾乎完全控制該生物體，無論是為了提高生物燃料產量還是麵包中的氣泡。到 2011 年，博克和他的同事們可以報告在構建染色體的一臂，即第九號染色體方面取得了成功。這需要精心地合成構成遺傳密碼的約 90,000 對 DNA 字母——A 代表腺嘌呤，G 代表鳥嘌呤，C 代表胞嘧啶，T 代表胸腺嘧啶。
但事實證明，這項工作進展太慢。因此，博克和他的同事們招募了他所稱的“我們 ‘構建基因組’ 課程中的一批本科生”來構建酵母染色體——麵包酵母的整個第三號染色體，其中包含超過 316,000 個鹼基對。幸運的是，有一個捷徑：僅合成那些被認為是必需的或非重複的部分，並將染色體減少到更易於管理的 272,871 對。
斯坦福大學的生物工程師德魯·恩迪說：“這種生物體本身就是現代生物技術和生物製造的 ‘主力軍’。”他沒有參與這項研究或合成酵母 2.0 專案。“這是一個 ‘共同努力’ 的生物技術的絕佳例子。”
由於新技術使得 DNA 製造的成本不斷降低，本科生們合成了大約 750 對的 DNA 片段。酵母的細胞機制將這些片段視為 DNA 中的鏈斷裂，因此它將新的合成程式碼與舊程式碼編織在一起。隨著時間的推移，整個染色體都被新的、精簡的合成版本所取代。
這標誌著科學家們首次合成了複雜生物體的遺傳物質，這是合成生物學領域的一個里程碑式的成就，而且考慮到所涉及的大學生，這也是被稱為 “DIY 生物學” 新運動的勝利。之前的專業工作成功地合成了更簡單微生物的整個遺傳密碼，例如山羊病原體 Mycoplasma mycoides，其創造者將其更名為 JCVI-syn1.0，自 2010 年以來一直處於休眠狀態。合成酵母 2.0 團隊的新結果於 3 月 27 日線上發表在《科學》雜誌上。
並非一切都進展順利。有時，當酵母摻入新程式碼時，會發生“意想不到的排列”，新程式碼比原來的程式碼短了 43,000 多對，並且在 5,000 多對中進行了工程改造。但是，透過將含有合成程式碼的酵母與其親本之一進行繁殖，這種技術稱為回交，該專案產生了有序的基因組。帶有合成程式碼的酵母茁壯成長，在生長、大小、形狀或耐受正常酵母條件的能力方面沒有表現出抑制作用。
哈佛醫學院的遺傳學家喬治·丘奇說：“這是一個重要的例子，表明合成基因組學的目標遠不止於複製染色體，新的趨勢是進行重大的功能性改變，理想情況下是那些對生物技術生產力和安全性有用的改變。”他沒有參與這項工作，但他是合成生物學的技術開發者。
這種部分合成菌株本身不會用於乙醇發酵罐或麵包店，主要是因為它最終比傳統酵母更容易受到高濃度酒精的影響，這一缺陷阻止了啤酒廠的發酵罐在工業環境中變得過大。但這將允許測試特定的單個基因及其相互作用，這可能會導致酵母變得更加強壯。博克談到合成菌株時說：“它們勢頭強勁。” “我們打算在恆化器中培養它們數千代，看看我們是否可以進化出在高乙醇或其他特殊條件下表現更好的酵母。”
諾維信公司生產菌株技術高階主管、分子生物學家卡斯滕·約特指出：“能夠設計、合成並將整個通路插入工業生物體的前景令人興奮。”諾維信公司使用酵母生產用於醫療目的的人類蛋白質。“這是一項驚人的成就，將 DNA 合成提升到了一個新的水平。”
與此同時，合成酵母將允許對諸如以下問題進行新的研究：是什麼控制酵母分裂，一個基因組是否只用一條染色體起作用，或者用 100 條染色體起作用，以及 “垃圾 DNA” 的作用——或許更好地理解為具有尚未知但可能至關重要的功能的程式碼。博克說：“問題是無窮無盡的。”
然後，還有合成其他 15 條染色體的任務——更不用說其他細胞機制，如 組蛋白，這是正常功能所必需的——以及建立一個完全合成的酵母基因組，這項任務將需要設計和製造多達 1200 萬個 DNA 字母工作對。目前的工作只是實現了這一目標的 3%。博克說：“我們認為完成這項工作還需要幾年時間。” “那麼，接下來是果蠅？蠕蟲？我們不確定接下來會是什麼。”