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通过成功构建和调试最终的合成染色体，研究人员帮助完成了一个强大的工程生物学平台，可以彻底改变药物、可持续材料和其他重要资源的生产方式。
澳大利亚麦考瑞大学的科学家们与一个国际科学家团队合作，完成了世界上第一个合成酵母基因组中最后一条染色体的创建，从而实现了合成生物学的一个重要里程碑。这一成就代表了全球Sc2.0项目的完成，该项目将从酿酒酵母中合成世界上第一个真核生物基因组和一个全新的tRNA新染色体。
利用基因组编辑技术，包括CRISPR D-BUGS协议，该团队确定并纠正了影响酵母生长的遗传错误。这些变化恢复了菌株在高温下依靠甘油（一种关键的碳源）生长的能力。
据研究人员介绍，发表在《自然通讯》上的这项研究“synXVI的构建和迭代重新设计，synXVI是903 kb的合成酿酒酵母染色体”，展示了如何设计、构建和调试工程染色体，以创造更具弹性的生物体，从而有助于在面对气候变化和未来的流行病时确保食品和药品生产的供应链。
“这是合成生物学的一个里程碑时刻，”麦考瑞大学联合首席研究员兼副校长Sakkie Pretorius博士说。“这是困扰合成生物学研究人员多年的最后一块拼图。”
“通过成功构建和调试最终的合成染色体，我们已经帮助完成了一个强大的工程生物学平台，可以彻底改变我们生产药物，可持续材料和其他重要资源的方式，”杰出教授Ian Paulsen博士补充道，他是ARC合成生物学卓越中心主任和该项目的联合主任。
研究小组使用专门的基因编辑工具来识别和修复合成染色体中影响酵母在具有挑战性的条件下繁殖和生长的问题。他们发现，将遗传标记放置在不确定的基因区域附近，意外地干扰了基本基因的开启和关闭，特别是影响了铜代谢和细胞分裂遗传物质等关键过程。
研究人员写道：“设计和构建基于酿酒酵母基因组的合成基因组的Sc2.0全球联盟于2006年开始，包括16条合成染色体和一条新的自然tRNA新染色体。”
“本文描述了Sc2.0项目中902994 bp合成酿酒酵母染色体synXVI的组装和调试。应用CRISPR D-BUGS协议鉴定出缺陷位点，并对其进行修饰，使其在37?C下以甘油作为唯一碳源生长时，能够促进产孢并恢复野生型生长。插入可疑开放阅读框下游的LoxPsym位点影响了最佳生长所需基因的5 ' UTR，并被确定为生长缺陷的系统性原因。
“基于从Sc2.0缺陷和synXVI分析中吸取的教训，我们对synXVI染色体进行了计算机重新设计，这可以用作未来合成酵母基因组设计的蓝图。synXVI的芯片重新设计包括减少PCR标签频率，修改块和超大块末端，以及调整loxPsym位点和TAA终止密码子分配给可疑的orf。
“这种重新设计为Sc2.0策略在非酵母生物中的应用提供了路线图。”
“我们的主要发现之一是遗传标记的定位如何破坏基本基因的表达，”新南威尔士州第一产院系的研究科学家、麦考瑞大学自然科学学院的荣誉博士后研究员Hugh gold博士指出。“这一发现对未来的基因组工程项目具有重要意义，有助于建立可应用于其他生物体的设计原则。”
被称为synXVI的染色体的完成使科学家能够探索代谢工程和菌株优化的新可能性。合成染色体包括使研究人员能够根据需要产生遗传多样性的特征，加速了具有增强生物技术应用能力的酵母的开发。
“合成酵母基因组代表了我们工程生物学能力的巨大飞跃，”澳大利亚基因组铸造厂首席技术官Briardo Llorente博士说。
他指出，只有使用澳大利亚基因组铸造厂（Australian Genome Foundry）的机器人仪器，才能构建如此庞大的人工染色体。
“这一成就为开发更高效和可持续的生物制造工艺开辟了令人兴奋的可能性，从生产药品到创造新材料，”Llorente继续说道。
这项研究为未来的合成生物学项目提供了有价值的见解，包括在工程植物和哺乳动物基因组中的潜在应用，研究小组解释说，合成染色体的新设计原则避免将潜在的破坏性遗传元素放置在重要基因附近，这将有助于其他研究合成染色体的研究人员。
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