人造生命新里程碑：一半天然、一半人工合成的酵母细胞问世

***学术期刊《细胞》带来了合成生物学领域备受关注的重大进展，以封面故事形式报道了国际合作项目“酿酒酵母基因组合成计划”（Sc2.0计划）的***新成果：一半天然、一半人工合成的酵母细胞问世！这种酵母细胞内含有7.5条人工合成的染色体，但其生存和复制能力与野生的酵母菌株相似，离人工再造生命体更近一步。

同时，科学家们还展示了完全从头开始为酵母细胞编写设计的一条新染色体：转运RNA（tRNA）新染色体，为接下来创造出世界上***个完全人工合成的真核细胞迈出新的一步。论文通讯作者、Sc2.0计划的国际协调人、英国曼彻斯特大学的蔡毅之教授指出，在工程生物学方面，这是一个激动人心的里程碑，意味着人类可以从修补少数基因到从头设计和构建整个基因组。

酵母是***简单的单细胞真核生物，常出现在我们的日常生活中，可用于生产药品、香精、生物燃料，以及众所周知的面包发酵和啤酒酿造。

国际科学界发起的酿酒酵母基因组合成计划（Sc2.0计划），旨在完成设计和化学再造完整的酿酒酵母基因组。根据目标，研究人员将从头开始合成酵母基因组，去除所有转座子和重复元件，重新编码终止密码子，并将转运RNA基因搬到全新的染色体上，同时还要避免引起适应性缺陷，并增加有助于染色体构建和操作的特征。***终合成的酵母菌株将成为人类运用和理解真核生物基因组能力的一个里程碑。

***常见的酿酒酵母有16条染色体，基因组总长度达到1200万个碱基对。2014年，由纽约大学Jef D. Boeke教授领衔的研究团队创建出了***条人工酵母染色体（酵母染色体中***小的3号染色体）。

2017年，Sc2.0计划向前推进了一大步，酵母基因组中的三分之一完成了设计合成。《科学》杂志以特刊形式进行了报道。

其中，天津大学元英进教授（2019年第十三届药明康德生命化学研究奖杰出成就奖得主）领导的团队同时发表两篇论文，成功实现了酵母5号和10号染色体的化学合成。

同时，当时任职于清华大学的戴俊彪研究员带领团队设计合成了12号染色体，并开发了长染色体分级组装的策略。中国科学院院士杨焕明院士与当时任职于爱丁堡大学的蔡毅之博士合作领导的项目完成了2号染色体的从头设计与全合成。Jef D. Boeke教授与同事们则完成了6号染色体的合成。

时隔六年，目前科学家已将酿酒酵母的16条染色体全部合成成功，并分别创造出了16种部分合成的酵母菌株，即每种细胞内包含15条天然染色体和1条合成染色体。而接下来的挑战则是将它们组合起来，形成一个完全合成的新细胞。

Jef D. Boeke教授领导的团队在此次新发表的《细胞》论文中展示了他们的方法。

▲研究示意图（图片来源：参考资料[1]）

一开始有点儿类似遗传学家孟德尔做的豌豆杂交实验，也就是将含有不同合成染色体的酵母细胞进行杂交，然后在后代中寻找携带两条合成染色体的个体。经过漫长的杂交过程，研究小组逐渐将他们先前合成的所有染色体（6条完整染色体和1条染色体臂）整合到同一个细胞中，由此产生的酵母菌株合成DNA占比超过31%，形态正常，与野生酵母相比，只表现出轻微的生长缺陷。

ctDNA的提取在肿瘤筛查中，是重要的前置步骤。目前常用的提取方法是利用生物磁珠，主要是硅羟基磁珠或羧基磁珠对血清血浆的ctDNA进行提取，由于磁珠的粒径小，比表面积大，在特定提取缓冲液中，对核酸的吸附会更加灵敏，相比于其他方法，使用生物磁珠对进行ctDNA提取得率会更高，检测灵敏度和检出限也会更合适，搭配核酸提取仪，更能实现全程自动化的提取。