本文发表于《大众科学》的前博客网络，反映了作者的观点，不一定反映《大众科学》的观点
iGEM 赛季到来了，为了融入这种氛围，我想看看最近是否发生了什么有趣的合成生物学新闻。结果证明，虽然我一直对细菌感到兴奋，但研究酵母的人们已经完成了一些非常壮观的事情——他们用人工 DNA 替换了酵母染色体的一部分（参考文献 1）。
对于那些记得最近克雷格·文特尔用合成 DNA 替换了细菌的整个基因组的人来说，这听起来可能不太令人兴奋，但对于酵母来说，存在几个至关重要的差异。首先，酵母基因组更大，通常比细菌基因组大一个数量级以上。其次，虽然细菌基因组呈圆形环状，但酵母 DNA 被分成线性染色体，很像人类细胞。
研究人员决定专注于酵母，因为它是地球上研究最充分的真核生物之一。由于酵母在酿造、烘焙和其他行业中的应用，以及它易于生长，酵母比大多数细菌得到了更彻底的研究和检查。他们研究了 IX 号染色体上最小的臂（单倍体酵母总共有 16 条染色体），设计了一段合成 DNA，这段 DNA 不会对酵母产生表型差异。
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然后根据设计模式合成 DNA，并作为一大块插入到正常酵母中，其中合成 DNA 替换了基因组的非合成部分。酵母可以在这种部分合成的基因组下正常健康地生长。
合成基因的妙处在于，一旦它们进入生物体内部，你就可以设计它们来做各种有趣的事情。研究人员赋予酵母基因组片段的能力是“重组”的能力。在添加某些酶后，人造基因组会自行切片，切割和改变基因以产生新的 DNA 片段。这可以比作重新洗牌一副扑克牌；相同的基因仍然都存在，但以新的和令人兴奋的组合存在。
由于这是有史以来合成的最大真核生物 DNA 片段，这项工作具有令人着迷的潜力。我联系了Boeke 教授，他非常友善地解释了他认为他的工作在未来的潜力。首先，是为了“研究难以用其他方式回答的基础生物学问题”，例如酵母基因组的最小尺寸以及酵母染色体的结构如何与其功能和基因表达相关。其次，“帮助使酵母作为一种发酵系统更具灵活性，从而有效地生产有用的产品，例如药物、疫苗和生物燃料。”
尽管我非常喜欢细菌，但我愿意承认它们在大规模发酵方面的潜力是有限的。对于酵母，已经有一个完整的产业致力于收集发酵产物，并开发最高效的发酵酵母。引入合成基因来生产天然产物将利用这种巨大的发酵能力，并且是继续研究酵母合成操作的绝佳论据。
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非常感谢 Boeke 教授帮助解释这项研究并提供关于这项工作未来潜力的引言。他的实验室主页可以在这里找到。
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Dymond JS, Richardson SM, Coombes CE, Babatz T, Muller H, Annaluru N, Blake WJ, Schwerzmann JW, Dai J, Lindstrom DL, Boeke AC, Gottschling DE, Chandrasegaran S, Bader JS, & Boeke JD (2011)。合成染色体臂在酵母中发挥作用，并通过设计产生表型多样性。《自然》PMID：21918511