史上最雄心勃勃的 DNA 构建项目：科学家制造出人工酵母染色体

纽约大学医学中心的研究员、世界顶级酵母生物学专家杰夫·博克 (Jef Boeke) 表示，人类改造酵母已有“数千年”的历史。起初，我以为他在夸大其词。几十年来，酵母在科学实验室中无处不在，人们以各种可能的方式对其进行研究，就像显微镜下的实验室老鼠一样，我以为博克指的是这个。

但他指的是一种更基本的操控方式：自从人类学会了如何酿造啤酒和烤面包以来，他们就一直在为自己的目的培育酵母。“所以我们与这种生物有着古老的工业关系，”他说。

现在，他把这种关系提升到了一个全新的水平。博克最近带领一个生物学家团队从头开始设计和构建了一条啤酒酵母的染色体。（染色体是生物 DNA 中独立包装的部分，就像人类的 X 或 Y 染色体一样。）人造酵母染色体约占酵母所有 DNA 的 3%。这是科学家首次能够从像酵母这样复杂的生物中组装出一条染色体。

这是科学家首次能够组装像酵母一样复杂的生物的染色体。

耶鲁大学细胞生物学家法伦·艾萨克斯（Farren Isaacs）表示：“第一条真核染色体的合成和设计显然是一个激动人心的里程碑。”艾萨克斯未参与博克的研究团队。“真核”指的是酵母所属的生命类别。

你可能还记得，2010 年，克雷格·文特尔研究所从头构建了一种细菌的全部 DNA。酵母比细菌高级一些。它们和细菌一样都是单细胞生物，但除了其他不同之处外，它们管理 DNA 的方式也更复杂。这让它们能够用相同的构建块做更多的事情。

酵母和细菌有很大不同，科学家给它们起了两个不同的名称。细菌被称为原核生物。原核生物是世界上最简单的细胞之一，类似于地球表面最早出现的生物。而酵母是真核生物，是一类涵盖从酵母到植物再到人类等所有生物的生物群。

话虽如此，构建真核生物的 DNA 与构建原核生物的 DNA 并没有太大区别。“说到实际合成，”Boeke 说，“DNA 就是 DNA。如果你能合成原核生物的 DNA，那么你基本上就能合成真核生物的 DNA。”

在细菌基因组诞生四年后，这次的进展是，Boeke 制作的人工染色体经过了精心设计。Boeke 的团队成员并不是简单地复制自然，而是对其进行了改进。他们剪掉了一些 DNA 片段，又添加了其他片段。他们甚至添加了一些 DNA 片段，使染色体具有潜在的超能力，只有被触发后才能发挥作用。如果科学家向酵母中添加某种化学物质，人工染色体的特定部分就能以新的随机组合重新排列。“这几乎类似于能够触发进化，”Isaacs 说。

为了检验合成染色体是否是酵母生命可行的蓝图，Boeke 和他的同事将其放回酵母体内，从酵母中移除了天然版本的人工染色体。天然-人工杂交酵母的生长和繁殖与野生近亲一样。“它看起来、行为和气味都像野生近亲，”Boeke 说。“基本上，除非你采取下一步行动，将我们所谓的基因组扰乱系统引入其中，否则你不会知道其中的区别。”

目前还不清楚团队以外的科学家下一步将如何行动。当然，Boeke 的实验室有自己的计划。长期以来，该实验室一直致力于构建酵母的所有 DNA，并取得了稳步进展。2011 年，在世界上第一个人造细菌染色体公布后不久，Boeke 的实验室宣布已经制造出酵母染色体的一个臂。它希望在未来几年内制造出酵母的全部 16 条染色体。

除此之外，博克希望该团队开发的 DNA 打乱技术将成为研究人员和生物技术公司的新生物工程工具。科学家和公司已经对酵母 DNA 进行了调整，使这些生物能够生产药物、生物燃料和其他人们想要的化学物质。博克说，也许 DNA 打乱技术可以帮助生物工程师找到并创造出效率更高或更顽强的酵母。

艾萨克斯认为，未来生物工程师将会把编辑现有 DNA（目前最常见的生物工程类型）与编写新 DNA 结合起来，而这正是博克所做的。

听起来酵母在未来很多年内仍将是人类生物技术的一部分。

Boeke 和他的同事在《科学》杂志上发表了他们关于酵母染色体的研究成果。

_3 月 27 日更正：这篇文章最初称 Jef Boeke 是约翰霍普金斯大学的研究员。Boeke 已离开约翰霍普金斯大学，目前就职于纽约大学朗格尼医学中心。_