科學家歷時15 年試圖建構一個完全合成的酵母基因組的計畫取得了一個重要的里程碑。研究團隊在大量新論文中報告說，他們首次用超過50%的合成DNA設計出了有活力的酵母細胞，並創造了幾乎所有染色體的合成版本，外加一個全新的染色體。

實驗室培養皿中生長著24,000 個酵母菌群，每個菌群都能產生不同的色素，從而創造出一件藝術品Aleksandra Wudzinska，紐約大學朗貢醫療中心博克實驗室；細胞出版社提供

世界上第一個完全人工合成的生物體誕生於2010年，此後數年經過不斷調整，使其能夠自行生長和分裂，甚至移動。但這種生物和其他類似生物都是細菌，它們的基因組非常簡單，只有一條染色體。

其他科學家一直在努力創造更複雜生命形式的合成版本，包括合成酵母項目（Sc2.0），他們的目標是創建一個完全合成的釀酒酵母基因組，這將使它成為第一個人造真核生物- -包括所有植物和動物在內的一大類生命。

酵母將其DNA 包在16 條染色體中，該計畫先前已經合成了其中的6 條。在新一批研究中，Sc2.0 科學家又增加了8 條染色體，並進行了一系列實驗，探索酵母的生物學特性，以及在合成版本中可以安全地做出哪些改變。

對基因組的主要改動之一是刪除大段重複的DNA。這些區域並不特別編碼任何東西，但它們會相互重組，導致結構發生重大變化。研究小組表示，透過刪除這些區域，他們可以更好地控制基因組，使其更加穩定。

含有31% 合成DNA 的酵母菌細胞

在另一項研究中，研究人員創建了一個全新的染色體，其中含有編碼轉運核糖核酸（tRNA）的DNA片段。研究小組說，這些DNA序列很容易出現不穩定的情況，因此把它們從基因組中通常的位置剪切出來，放入自己的染色體中，也有助於提高整個基因組的穩定性。

其他研究小組將酵母的生存能力推向了極限，他們對染色體的結構進行了重大改變，如將染色體融合在一起、將染色體的”臂”倒置或故意將染色體折疊得不正確。他們發現，酵母細胞能夠承受的變化程度令人驚訝，而且仍然能夠茁壯成長。

接下來，Sc2.0 科學家開始將盡可能多的合成染色體組裝到一個活的酵母細胞中。他們採用了一種漸進式技術，即用每種酵母菌都帶有一條合成染色體的菌株進行雜交，然後挑選出獲得了父母雙方變異的後代。透過世代重複這個過程，他們最終得到了含有6.5 條合成染色體的酵母菌株。

最後，他們利用在該計畫中開發的一項新技術，將另一條染色體替換到這一菌株中，從而得到了基因組由7.5 條合成染色體組成的酵母菌，這意味著它是第一個合成DNA超過50%的菌株。

儘管科學家花了15 年才行至半路，但他們預測後面的工作將一馬平川，只需再花一年時間，他們就能培育出100% 合成的酵母菌株。最後兩條染色體已經合成，預計在未來幾個月內發表論文。之後就是繁瑣的編輯和調試工作，確保酵母仍能存活。

這個計畫的成果- 完全合成的酵母菌株對世界的幫助遠比你想像的要大得多。目前，酵母不僅能生產食物，還能生產抗生素、藥物、生質燃料和一系列其他有用的分子。酵母可以改造，使其更有效地進行生產，或擴大其生產範圍，以解決其他重大問題。

這項研究的10篇論文發表在《細胞》、《分子細胞》和《細胞基因組學》期刊。