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不起眼的面包酵母已被征用来满足人类的需求，负责生产啤酒、葡萄酒和面包等主食。作为至少数千年的家养仆人，这种微小的真菌现在已被一群本科生用一个精简的合成版本替换了其一条染色体。
染色体是 DNA 的扭曲链，DNA 是遗传密码，它告诉生物体的细胞机制要产生哪些蛋白质以及其他重要功能。面包酵母中有 16 条染色体（相比之下，人类有 23 条），所谓的 合成酵母 2.0 项目 专注于第三号染色体，纽约大学朗格尼医学中心的生物学家杰夫·博克称其为“酵母遗传学家最喜欢的一条染色体”，他帮助领导了这项研究。这是因为它包含了控制酵母性行为的遗传物质。作为一种真菌，酿酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）可以进行有性和无性繁殖，而第三号染色体中的基因控制着交配，这使得它很容易通过世代追踪。它也是第一条代码被科学家完全转录的染色体，并且恰好是酵母的 16 条染色体中第三短的染色体。
在 21 世纪初期，博克和他的同事们在约翰·霍普金斯大学的一家咖啡馆里一边喝咖啡，一边思考并策划了一个方案，该方案最终成为了合成酵母 2.0 项目，这是一项全面努力，旨在为酵母构建一个合成基因组，这将允许几乎完全控制该生物体，无论是为了提高生物燃料产量还是面包中的气泡。到 2011 年，博克和他的同事们可以报告在构建染色体的一臂，即第九号染色体方面取得了成功。这需要精心地合成构成遗传密码的约 90,000 对 DNA 字母——A 代表腺嘌呤，G 代表鸟嘌呤，C 代表胞嘧啶，T 代表胸腺嘧啶。
但事实证明，这项工作进展太慢。因此，博克和他的同事们招募了他所称的“我们 ‘构建基因组’ 课程中的一批本科生”来构建酵母染色体——面包酵母的整个第三号染色体，其中包含超过 316,000 个碱基对。幸运的是，有一个捷径：仅合成那些被认为是必需的或非重复的部分，并将染色体减少到更易于管理的 272,871 对。
斯坦福大学的生物工程师德鲁·恩迪说：“这种生物体本身就是现代生物技术和生物制造的 ‘主力军’。”他没有参与这项研究或合成酵母 2.0 项目。“这是一个 ‘共同努力’ 的生物技术的绝佳例子。”
由于新技术使得 DNA 制造的成本不断降低，本科生们合成了大约 750 对的 DNA 片段。酵母的细胞机制将这些片段视为 DNA 中的链断裂，因此它将新的合成代码与旧代码编织在一起。随着时间的推移，整个染色体都被新的、精简的合成版本所取代。
这标志着科学家们首次合成了复杂生物体的遗传物质，这是合成生物学领域的一个里程碑式的成就，而且考虑到所涉及的大学生，这也是被称为 “DIY 生物学” 新运动的胜利。之前的专业工作成功地合成了更简单微生物的整个遗传密码，例如山羊病原体 Mycoplasma mycoides，其创造者将其更名为 JCVI-syn1.0，自 2010 年以来一直处于休眠状态。合成酵母 2.0 团队的新结果于 3 月 27 日在线发表在《科学》杂志上。
并非一切都进展顺利。有时，当酵母掺入新代码时，会发生“意想不到的排列”，新代码比原来的代码短了 43,000 多对，并且在 5,000 多对中进行了工程改造。但是，通过将含有合成代码的酵母与其亲本之一进行繁殖，这种技术称为回交，该项目产生了有序的基因组。带有合成代码的酵母茁壮成长，在生长、大小、形状或耐受正常酵母条件的能力方面没有表现出抑制作用。
哈佛医学院的遗传学家乔治·丘奇说：“这是一个重要的例子，表明合成基因组学的目标远不止于复制染色体，新的趋势是进行重大的功能性改变，理想情况下是那些对生物技术生产力和安全性有用的改变。”他没有参与这项工作，但他是合成生物学的技术开发者。
这种部分合成菌株本身不会用于乙醇发酵罐或面包店，主要是因为它最终比传统酵母更容易受到高浓度酒精的影响，这一缺陷阻止了啤酒厂的发酵罐在工业环境中变得过大。但这将允许测试特定的单个基因及其相互作用，这可能会导致酵母变得更加强壮。博克谈到合成菌株时说：“它们势头强劲。” “我们打算在恒化器中培养它们数千代，看看我们是否可以进化出在高乙醇或其他特殊条件下表现更好的酵母。”
诺维信公司生产菌株技术高级主管、分子生物学家卡斯滕·约特指出：“能够设计、合成并将整个通路插入工业生物体的前景令人兴奋。”诺维信公司使用酵母生产用于医疗目的的人类蛋白质。“这是一项惊人的成就，将 DNA 合成提升到了一个新的水平。”
与此同时，合成酵母将允许对诸如以下问题进行新的研究：是什么控制酵母分裂，一个基因组是否只用一条染色体起作用，或者用 100 条染色体起作用，以及 “垃圾 DNA” 的作用——或许更好地理解为具有尚未知但可能至关重要的功能的代码。博克说：“问题是无穷无尽的。”
然后，还有合成其他 15 条染色体的任务——更不用说其他细胞机制，如 组蛋白，这是正常功能所必需的——以及创建一个完全合成的酵母基因组，这项任务将需要设计和制造多达 1200 万个 DNA 字母工作对。目前的工作只是实现了这一目标的 3%。博克说：“我们认为完成这项工作还需要几年时间。” “那么，接下来是果蝇？蠕虫？我们不确定接下来会是什么。”