今年三月,約翰·霍普金斯大學“構建基因組”課程的本科生宣佈,他們已經從零開始製造出酵母染色體——同時也創造了歷史。這是有史以來第一次有人合成複雜生物的染色體,是合成生物學領域的一個里程碑式成就。這也是被稱為 DIY 生物運動的一大勝利。
目標是 3 號染色體,它控制著酵母的性繁殖,擁有 316,617 個 DNA 字母鹼基對——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。為了合成它,學生們走了一條捷徑:他們只構建了被認為是必要的或非重複的部分。由此產生的染色體有更易於管理的 272,871 個鹼基對。正如《科學》雜誌報道的那樣,帶有新基因的酵母在大小和生長方面與普通酵母一樣茁壯成長。
紐約大學的生物學家傑夫·博克說:“它們生長良好。”他幫助領導了這項研究,作為合成酵母 2.0 專案的一部分——該專案旨在為酵母構建合成基因組,這將使科學家幾乎完全控制它。博克和其他人計劃在未來幾年內培養這批酵母數千代,以觀察它們隨時間的進化,這將使科學家們更好地理解基礎生物學,從“垃圾 DNA”的作用到生存所需的絕對最少遺傳密碼。“問題是無窮無盡的,”博克說。
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目前的工作僅完成了建立完全合成酵母基因組(總共有 16 條染色體)的 3%,還需要很多年才能完成。如果完成,合成酵母可能是第二個基因組從零開始構建的生物體——J. 克雷格·文特爾研究所於 2010 年構建了細菌的基因組。
這也可能是人類與釀酒酵母數千年共生關係中的一項突破,釀酒酵母是麵包和葡萄酒的製造者。今天的酵母為藥物、生物燃料和其他特種產品大量生產人類蛋白質。博克認為,能夠微調這種微觀真菌的基因組可能會帶來更好的啤酒或可持續化學品。酵母之後呢?“果蠅?蠕蟲?我們不確定接下來是什麼。”