在人們實現(xiàn)大腸桿菌（Escherichia coli）質(zhì)粒的人工設計與合成的四十多年后，紐約大學的一支團隊實現(xiàn)了真核生物的染色體全合成——他們集結各方的科研力量，耗時七年，終于合成出了人工染色體synIII，并成功在釀酒酵母（Saccharomyces cerevisiae）中發(fā)揮功能。這一里程碑式的成果于3月28號發(fā)表在《科學》雜志上。

這個團隊的領導人是杰夫·伯克（Jef Boeke），他是紐約大學朗格尼醫(yī)學中心系統(tǒng)遺傳學研究所的主任。研究所構建的這個染色體是基于釀酒酵母最小的3號染色體設計的，有27萬多個堿基對，其中增刪了許多元件以讓其功能更安全、齊全。不過作為它的模板，3號染色體能控制酵母的有性生殖——這不利于外源性狀的整合。為了讓合成出的染色體不影響酵母的生長繁殖，研究小組在其上的500多個地方進行了修改，并利用大通量的篩選來測試其影響，最終得到效果理想的組合。在此基礎上，他們還刪去了原基因組中許多不具功能的區(qū)域，如非編碼區(qū)、假基因和轉座子。同時，研究團隊還在許多位點上進行了序列的插入和增改，以讓它更穩(wěn)定，更適合外源基因的插入。

科學家歷時7年成功構造了源于釀酒酵母的被稱作synIII的染色體。

研究過程中，科學家們借助電腦軟件設計出染色體的結構，隨后將其分成許多“構建單元”，即700至800堿基對左右相互覆蓋的DNA片段，分別合成；然后利用覆蓋區(qū)域的特異序列將它們逐個“粘合”。在框架搭好后，研究者們利用了“基因洗牌”的方法，將不同的基因片段隨機相互組合，并培養(yǎng)相應的酵母，通過它們的表現(xiàn)——菌落大小、生長曲線，以及不同條件下的細胞形態(tài)——來判斷組合的優(yōu)劣，越接近野生的越好。

早在分子生物學興起的伊始，生物學家們就開始嘗試構建模式生物作為研究工具——它們的遺傳背景清晰，且能夠相對便利地進行基因操作，便于控制實驗變量。而作為原核生物的代表，大腸桿菌更是早早地被人攻破，很快成為最基礎的模式物種之一。真核生物雖然也有人工染色體，但由于其大多是改造的原有染色體，常常含有許多的冗余部分，比如假基因和轉座子。重新合成人工染色體，無異于從頭設計它應有的功能，便于科研人員更便捷地進行功能基因組學的研究。而這項動用了美、中、澳、新加坡和英國科研力量的大手筆，無疑是合成生物學上的里程碑。

伯克博士說，這個團隊的下個目標是利用這次的經(jīng)驗，更快更好地合成酵母基因組中更大的染色體，同時在過程中加深對酵母不同基因功能的理解。