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iGEM 賽季到來了，為了融入這種氛圍，我想看看最近是否發生了什麼有趣的合成生物學新聞。結果證明，雖然我一直對細菌感到興奮，但研究酵母的人們已經完成了一些非常壯觀的事情——他們用人工 DNA 替換了酵母染色體的一部分（參考文獻 1）。
對於那些記得最近克雷格·文特爾用合成 DNA 替換了細菌的整個基因組的人來說，這聽起來可能不太令人興奮，但對於酵母來說，存在幾個至關重要的差異。首先，酵母基因組更大，通常比細菌基因組大一個數量級以上。其次，雖然細菌基因組呈圓形環狀，但酵母 DNA 被分成線性染色體，很像人類細胞。
研究人員決定專注於酵母，因為它是地球上研究最充分的真核生物之一。由於酵母在釀造、烘焙和其他行業中的應用，以及它易於生長，酵母比大多數細菌得到了更徹底的研究和檢查。他們研究了 IX 號染色體上最小的臂（單倍體酵母總共有 16 條染色體），設計了一段合成 DNA，這段 DNA 不會對酵母產生表型差異。
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然後根據設計模式合成 DNA，並作為一大塊插入到正常酵母中，其中合成 DNA 替換了基因組的非合成部分。酵母可以在這種部分合成的基因組下正常健康地生長。
合成基因的妙處在於，一旦它們進入生物體內部，你就可以設計它們來做各種有趣的事情。研究人員賦予酵母基因組片段的能力是“重組”的能力。在新增某些酶後，人造基因組會自行切片，切割和改變基因以產生新的 DNA 片段。這可以比作重新洗牌一副撲克牌；相同的基因仍然都存在，但以新的和令人興奮的組合存在。
由於這是有史以來合成的最大真核生物 DNA 片段，這項工作具有令人著迷的潛力。我聯絡了Boeke 教授，他非常友善地解釋了他認為他的工作在未來的潛力。首先，是為了“研究難以用其他方式回答的基礎生物學問題”，例如酵母基因組的最小尺寸以及酵母染色體的結構如何與其功能和基因表達相關。其次，“幫助使酵母作為一種發酵系統更具靈活性，從而有效地生產有用的產品，例如藥物、疫苗和生物燃料。”
儘管我非常喜歡細菌，但我願意承認它們在大規模發酵方面的潛力是有限的。對於酵母，已經有一個完整的產業致力於收集發酵產物，並開發最高效的發酵酵母。引入合成基因來生產天然產物將利用這種巨大的發酵能力，並且是繼續研究酵母合成操作的絕佳論據。
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非常感謝 Boeke 教授幫助解釋這項研究並提供關於這項工作未來潛力的引言。他的實驗室主頁可以在這裡找到。
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Dymond JS, Richardson SM, Coombes CE, Babatz T, Muller H, Annaluru N, Blake WJ, Schwerzmann JW, Dai J, Lindstrom DL, Boeke AC, Gottschling DE, Chandrasegaran S, Bader JS, & Boeke JD (2011)。合成染色體臂在酵母中發揮作用，並透過設計產生表型多樣性。《自然》PMID：21918511