澳大利亚麦考瑞大学的科学家与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个染色体的创建，这是合成生物学领域的一个重大里程碑。这一成就代表着全球 Sc2.0 项目已完成，该项目旨在从酿酒酵母 （面包酵母）中创建世界上第一个合成真核基因组和一个新发现的自然 tRNA 新染色体。

研究团队利用基因组编辑技术（包括 CRISPR D-BUGS 协议）识别并纠正了影响酵母生长的基因错误。这些变化恢复了该菌株在高温下以甘油（一种关键碳源）为生的能力。

研究人员称，发表在 《自然通讯》上的这项研究“ 903 kb 合成酿酒酵母染色体 synXVI 的构建和迭代重新设计”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，以帮助在气候变化和未来流行病面前确保食品和药品生产的供应链安全。

里程碑时刻

麦考瑞大学联合首席研究员兼副校长（研究）Sakkie Pretorius 博士表示：“这是合成生物学的一个里程碑时刻。这是多年来困扰合成生物学研究人员的难题的最后一块拼图。”

“通过成功构建和调试最终的合成染色体，我们帮助完成了一个强大的工程生物学平台，这可能会彻底改变我们生产药品、可持续材料和其他重要资源的方式，”ARC 合成生物学卓越中心主任兼项目联合主任、杰出教授 Ian Paulsen 博士补充道。

研究团队利用专门的基因编辑工具来识别和修复合成染色体中的问题，这些问题会影响酵母在恶劣条件下的繁殖和生长。他们发现，将基因标记放置在不确定的基因区域附近会意外干扰重要基因的开启和关闭方式，尤其会影响铜代谢等关键过程以及细胞如何分裂遗传物质。

研究人员写道： “Sc2.0 全球联盟于 2006 年启动，旨在设计和构建基于 酿酒酵母 基因组的合成基因组，该基因组包含 16 条合成染色体和一条自然界中新发现的 tRNA 新染色体。”

“在本文中，我们描述了 Sc2.0 项目的 902,994-bp 合成 酿酒酵母 染色体 synXVI的组装和调试 。应用 CRISPR D-BUGS 协议确定了有缺陷的位点，这些位点经过修改后，在 37˚C 下以甘油作为唯一碳源生长时，孢子形成率有所提高，并恢复了野生型生长。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，并被确定为导致生长缺陷的系统性原因。

“基于对 Sc2.0 缺陷和synXVI的分析 ， 我们 对 synXVI染色体进行了计算机模拟重新设计，该设计可作为未来合成酵母基因组设计的蓝图。synXVI的 计算机模拟重新设计  包括降低 PCR 标签频率、修改块和大块末端，以及调整 loxPsym 位点和 TAA 终止密码子对可疑 ORF 的分配。

“这次重新设计为 Sc2.0 策略在非酵母生物中的应用提供了路线图。”

我们的一项重要发现是，基因标记的定位如何破坏必需基因的表达，共同主要作者、新南威尔士州初级产业部研究科学家、麦考瑞大学自然科学学院名誉博士后研究员 Hugh Goold 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。”

代谢工程和菌株优化的新可能性

synXVI 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。合成染色体具有使研究人员能够按需产生遗传多样性的功能，从而加速开发具有增强生物技术应用能力的酵母。

澳大利亚基因组研究中心首席科学官、博士 Briardo Llorente 表示：“合成酵母基因组代表了我们生物工程能力的一次巨大飞跃。”

他指出，只有使用澳大利亚基因组研究中心的机器人仪器才有可能构建如此大的合成染色体。

“这一成就为开发更高效、更可持续的生物制造工艺（从生产药品到创造新材料）开辟了令人兴奋的可能性，”Llorente 继续说道。

研究团队解释说，这项研究为未来的合成生物学项目提供了宝贵的见解，包括在植物和哺乳动物基因组工程中的潜在应用，他们的合成染色体的新设计原则可以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。