人造生命新里程碑：一半天然、一半人工合成的酵母細胞問世

***學術(shù)期刊《細胞》帶來了合成生物學領(lǐng)域備受關(guān)注的重大進展，以封面故事形式報道了國際合作項目“釀酒酵母基因組合成計劃”（Sc2.0計劃）的***新成果：一半天然、一半人工合成的酵母細胞問世！這種酵母細胞內(nèi)含有7.5條人工合成的染色體，但其生存和復(fù)制能力與野生的酵母菌株相似，離人工再造生命體更近一步。

同時，科學家們還展示了完全從頭開始為酵母細胞編寫設(shè)計的一條新染色體：轉(zhuǎn)運RNA（tRNA）新染色體，為接下來創(chuàng)造出世界上***個完全人工合成的真核細胞邁出新的一步。論文通訊作者、Sc2.0計劃的國際協(xié)調(diào)人、英國曼徹斯特大學的蔡毅之教授指出，在工程生物學方面，這是一個激動人心的里程碑，意味著人類可以從修補少數(shù)基因到從頭設(shè)計和構(gòu)建整個基因組。

酵母是***簡單的單細胞真核生物，常出現(xiàn)在我們的日常生活中，可用于生產(chǎn)藥品、香精、生物燃料，以及眾所周知的面包發(fā)酵和啤酒釀造。

國際科學界發(fā)起的釀酒酵母基因組合成計劃（Sc2.0計劃），旨在完成設(shè)計和化學再造完整的釀酒酵母基因組。根據(jù)目標，研究人員將從頭開始合成酵母基因組，去除所有轉(zhuǎn)座子和重復(fù)元件，重新編碼終止密碼子，并將轉(zhuǎn)運RNA基因搬到全新的染色體上，同時還要避免引起適應(yīng)性缺陷，并增加有助于染色體構(gòu)建和操作的特征。***終合成的酵母菌株將成為人類運用和理解真核生物基因組能力的一個里程碑。

***常見的釀酒酵母有16條染色體，基因組總長度達到1200萬個堿基對。2014年，由紐約大學Jef D. Boeke教授領(lǐng)銜的研究團隊創(chuàng)建出了***條人工酵母染色體（酵母染色體中***小的3號染色體）。

2017年，Sc2.0計劃向前推進了一大步，酵母基因組中的三分之一完成了設(shè)計合成?！犊茖W》雜志以特刊形式進行了報道。

其中，天津大學元英進教授（2019年第十三屆藥明康德生命化學研究獎杰出成就獎得主）領(lǐng)導(dǎo)的團隊同時發(fā)表兩篇論文，成功實現(xiàn)了酵母5號和10號染色體的化學合成。

同時，當時任職于清華大學的戴俊彪研究員帶領(lǐng)團隊設(shè)計合成了12號染色體，并開發(fā)了長染色體分級組裝的策略。中國科學院院士楊煥明院士與當時任職于愛丁堡大學的蔡毅之博士合作領(lǐng)導(dǎo)的項目完成了2號染色體的從頭設(shè)計與全合成。Jef D. Boeke教授與同事們則完成了6號染色體的合成。

時隔六年，目前科學家已將釀酒酵母的16條染色體全部合成成功，并分別創(chuàng)造出了16種部分合成的酵母菌株，即每種細胞內(nèi)包含15條天然染色體和1條合成染色體。而接下來的挑戰(zhàn)則是將它們組合起來，形成一個完全合成的新細胞。

Jef D. Boeke教授領(lǐng)導(dǎo)的團隊在此次新發(fā)表的《細胞》論文中展示了他們的方法。

▲研究示意圖（圖片來源：參考資料[1]）

一開始有點兒類似遺傳學家孟德爾做的豌豆雜交實驗，也就是將含有不同合成染色體的酵母細胞進行雜交，然后在后代中尋找攜帶兩條合成染色體的個體。經(jīng)過漫長的雜交過程，研究小組逐漸將他們先前合成的所有染色體（6條完整染色體和1條染色體臂）整合到同一個細胞中，由此產(chǎn)生的酵母菌株合成DNA占比超過31%，形態(tài)正常，與野生酵母相比，只表現(xiàn)出輕微的生長缺陷。

ctDNA的提取在腫瘤篩查中，是重要的前置步驟。目前常用的提取方法是利用生物磁珠，主要是硅羥基磁珠或羧基磁珠對血清血漿的ctDNA進行提取，由于磁珠的粒徑小，比表面積大，在特定提取緩沖液中，對核酸的吸附會更加靈敏，相比于其他方法，使用生物磁珠對進行ctDNA提取得率會更高，檢測靈敏度和檢出限也會更合適，搭配核酸提取儀，更能實現(xiàn)全程自動化的提取。