科学家们历时 15 年试图构建一个完全合成的酵母基因组的项目取得了一个重要的里程碑。该研究小组在大量新论文中报告说，他们首次用超过50%的合成DNA设计出了有活力的酵母细胞，并创造出了几乎所有染色体的合成版本，外加一个全新的染色体。

实验室培养皿中生长着 24,000 个酵母菌群，每个菌群都能产生不同的色素，从而创造出一件艺术品 Aleksandra Wudzinska，纽约大学朗贡医疗中心博克实验室；细胞出版社提供

世界上第一个完全人工合成的生物体诞生于2010年，此后数年经过不断调整，使其能够自行生长和分裂，甚至移动。但这种生物和其他类似生物都是细菌，它们的基因组非常简单，只有一条染色体。

其他科学家一直在努力创造更复杂生命形式的合成版本，包括合成酵母项目（Sc2.0），他们的目标是创建一个完全合成的酿酒酵母基因组，这将使它成为第一个人造真核生物--包括所有植物和动物在内的一大类生命。

酵母将其 DNA 包在 16 条染色体中，该项目之前已经合成了其中的 6 条。在新一批研究中，Sc2.0 科学家又增加了 8 条染色体，并进行了一系列实验，探索酵母的生物学特性，以及在合成版本中可以安全地做出哪些改变。

对基因组的主要改动之一是删除大段重复的DNA。这些区域并不特别编码任何东西，但它们会相互重组，导致结构发生重大变化。研究小组表示，通过删除这些区域，他们可以更好地控制基因组，使其更加稳定。

含有 31% 合成 DNA 的酵母细胞

在另一项研究中，研究人员创建了一个全新的染色体，其中含有编码转运核糖核酸（tRNA）的DNA片段。研究小组说，这些DNA序列很容易出现不稳定的情况，因此把它们从基因组中通常的位置剪切出来，放入自己的染色体中，也有助于提高整个基因组的稳定性。

其他研究小组将酵母的生存能力推向了极限，他们对染色体的结构进行了重大改变，如将染色体融合在一起、将染色体的"臂"倒置或故意将染色体折叠得不正确。他们发现，酵母细胞能够承受的变化程度令人惊讶，而且仍然能够茁壮成长。

接下来，Sc2.0 科学家开始将尽可能多的合成染色体组装到一个活的酵母细胞中。他们采用了一种渐进技术，即用每种酵母菌都带有一条合成染色体的菌株进行杂交，然后挑选出获得了父母双方变异的后代。通过世代重复这一过程，他们最终得到了含有 6.5 条合成染色体的酵母菌株。

最后，他们利用在该项目中开发的一项新技术，将另一条染色体替换到这一菌株中，从而得到了基因组由 7.5 条合成染色体组成的酵母菌，这意味着它是第一个合成 DNA 超过 50%的菌株。

尽管科学家们花了 15 年时间才行至半路，但他们预测后面的工作将一马平川，只需再花一年时间，他们就能培育出 100% 合成的酵母菌株。最后两条染色体已经合成，有望在未来几个月内发表论文。之后就是繁琐的编辑和调试工作，以确保酵母仍能存活。

这个项目的成果 - 完全合成的酵母菌株对世界的帮助远比你想象的要大得多。目前，酵母不仅能生产食物，还能生产抗生素、药物、生物燃料和一系列其他有用的分子。可以对酵母进行改造，使其更有效地进行生产，或扩大其生产范围，以解决其他重大问题。

这项研究的10篇论文发表在《细胞》、《分子细胞》和《细胞基因组学》杂志上。