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酿酒酵母基因组比寄生虫复杂

作为一种真核细胞，酿酒酵母基因组比Venter的寄生虫更为复杂。这个新合成的酵母染色体——被剥离了一些脱氧核糖核酸（DNA）序列以及其他成分——具有272871个碱基对，表达了酿酒酵母基因组1200万碱基对中的约2.5%。研究人员在5年的时间里通过国际合作创造了这一合成版本的全酿酒酵母基因组。

研究人员在3月28日出版的Science上报告了这一成就。他们介绍说，利用计算机辅助设计技术，研究人员成功构造了酿酒酵母染色体Ⅲ，尽管合成的仅仅是酿酒酵母16条染色体中最小的一条，但这是通往构建一个完整的真核细胞生物基因组的关键一步。

“这是一项令人印象非常深刻的研究成果，不仅是DNA的合成，还有整个真核基因组的重新设计。”并未参与该项研究的美国康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学生物工程师Farren Isaacs表示，“你们可以看到，他们为基于基因组重新设计的生物学新纪元系统性地铺平了道路。”

最让研究人员自豪的是这条染色体被成功整合进活体酵母细胞之中。研究负责人、纽约大学酵母遗传学家Jef Boeke说：“携带这条合成染色体的酵母细胞相当正常，它们与野生酵母细胞几乎一模一样，只是它们还拥有一些新的能力，能够完成野生酵母无法完成的事件。”Boeke认为，这是一项具有里程碑意义的研究成果，“就像第一个人类基因组被测序完成一样”。

该项研究始于几年前，当时Boeke采取以比Venter及其团队于2010年展示得更彻底的变化方式合成酿酒酵母基因组。

2010年，Venter曾宣布，培育出第一个由人工合成基因组控制的细胞，当时引起了广泛争论。有科学家表示，Venter的工作是在细菌中完成的，对象只是原核生物。相比之下，Boeke及其同事认为，通过剥离基因组的某些特征进而测试其重要性，他们能够证明这样做的巨大价值并努力合成出全部的酵母染色体。

“我并不怀疑这项研究的可行性。”Boeke说。他解释说，问题是“我们怎样才能使它与一个正常的染色体不同，并且放入一些使其真正有意义的东西。”

在这项研究中，酿酒酵母染色体Ⅲ在酵母中的原始版本拥有近32万个碱基对，Boeke等人进行了500多处修改，删除了近4.8万个被认为对染色体复制和生长没有用处的重复碱基对，还删除了一些被称为垃圾DNA的序列，例如不能编码任何蛋白质的序列及能够任意移动并可能导致变异的“跳跃基因”片段，最终构建的染色体拥有约27万多个碱基对。

“改变基因组就像赌博。一个错误的变化，就可能杀死细胞”，Boeke说，“而我们的酵母仍然活着，这非常重要，说明我们的合成染色体生命力顽强，赋予酵母新的属性。”

合成酵母可用于生产更有效的生物燃料

研究人员说，这项成果将有助于更快地培育新的酵母合成菌株，用于制造稀有药物，包括治疗疟疾的青蒿素或治疗乙肝的疫苗等。此外，合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料，如乙醇、丁醇和生物柴油等。Boeke说：“我们的研究实现了合成生物学从理论到现实的转变。”