“半人造”菌株中合成DNA過半,向世界首個合成酵母邁出重要一步

來源:科技日報 時間:2023-11-09 09:00:00 編輯:郝莉娜

美英兩國研究人員將實驗室制造的超過7條合成染色體組合到一個酵母細胞中,產生了一種“半人造”菌株,其合成DNA超過50%。它具有和天然酵母菌株一樣的生存和復制能力。該團隊現已合成并調試了所有16條酵母染色體,這意味著距離創造出世界上第一個合成酵母基因組,解開生命的基本組成部分又近了一步。研究成果8日發表在《細胞》雜志上,同集合論文同時發表在《分子細胞》和《細胞基因組學》雜志上。


此前的syn6.5酵母菌株的掃描電子顯微照片,該菌株含有約31%的合成DNA,并顯示出正常的形態和出芽行為。
圖片來源:《細胞》雜志

這是首次構建真核生物的合成基因組。酵母擁有相對緊湊的基因組,并具有將DNA縫合在一起的先天能力,使研究人員能夠在酵母細胞中構建合成染色體。

美國紐約大學朗格尼健康學院和英國曼徹斯特大學團隊創建的tRNA新染色體,是一種不同于自然染色體的新染色體。他們刪除了被視為“垃圾”的非編碼DNA塊和重復元素,添加了新的DNA片段,并引入了一種內置多樣性生成器,可打亂染色體內部和之間的基因順序。為提高基因組穩定性,團隊還去除了許多編碼轉移RNA的基因,并將它們重新轉移到僅由tRNA基因組成的全新染色體。

酵母基因組由16條染色體組成,研究人員打算創建合成酵母菌株,每個菌株包含15條天然染色體和1條合成染色體。他們將所有先前合成的染色體(6條完整染色體和1條染色體臂)逐漸整合到一個細胞中。所得酵母菌株的合成率超過31%,具有正常的形態,與天然酵母相比,僅表現出輕微的生長缺陷。

為了更有效地在酵母菌株之間轉移特定染色體,他們使用染色體替換的方法來轉移新合成的染色體(IV號染色體,所有合成染色體中最大的),從而產生具有7.5條合成染色體的酵母細胞,合成率超過50%。

此外,由英國諾丁漢大學的本·布朗特博士和倫敦帝國理工學院的湯姆·埃利斯教授領導的團隊在《細胞基因組學》雜志上報告了合成染色體XI。

接下來,研究人員將共同努力把所有單獨的合成染色體組合成一個完全合成的基因組。最終的合成菌株不僅是世界上第一個合成真核生物,也是第一個由國際社會共同構建的菌株。


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