合成酵母菌計畫（Sc2.0）達成重大突破

 

合成酵母菌正在進行出芽生殖。圖片來源：Cell

2016年曾有科學家在研究到底有多少基因是必需的。當時他們是以生殖道黴漿菌作為模型（因為它是含有最少基因的獨立生物），來進行研究。最後他們發現，大約有473個基因是必需的。

為了要進一步提升對生物的認識，最近這幾年科學家們又啟動了另一個跨國的計畫，稱為合成酵母2.0計劃（Synthetic Yeast 2.0，Sc2.0）。這個計劃由來自世界各地的科學家組成的國際合作團隊進行，希望能夠藉由合成麵包酵母（Saccharomyces cerevisiae）來提升對生物的認識，並進一步磨礪合成生物學相關技術。這個計劃目前已經成功實現了以下幾個重要里程碑：

1. 合成染色體的組裝：科學家們已經成功組裝了所有個別的Sc2.0染色體。這是通過將大量的基因編輯引入到酵母基因組中來達成的，包括刪除轉位子和內插子、重新定位tRNA基因，以及將某些終止密碼從TAG換成TAA。

2. 創新的基因組重組技術：為了應對合併多個合成染色體的挑戰，該計劃開發了先進的內部複製交叉策略和tRNA陣列技術。這些創新技術允許將多個合成染色體合併到一個高適應性的菌株中，同時保持了必要的tRNA豐富度，從而避免了可能的生長缺陷。

3. 基因組穩定性和功能的提升：通過刪除原生的tRNA基因並在合成染色體上重新配置它們，研究人員提高了合成基因組的穩定性和功能多樣性。這為未來的生物技術應用，如生物製藥、生物能源生產和基因治療，打開了新的大門。

4. 實現基因組設計的靈活性和精確性：Sc2.0計劃不僅提供了一個研究基因組組裝和功能的實驗平台，還展示了基因組設計和合成的極高靈活性和精確性。

Sc2.0計劃通過創新的基因組工程技術，不僅在科學上取得了突破，還為未來的應用研究開闢了新的道路。該計劃的成功實施突顯了合成生物學的巨大潛力，特別是在訂製和最佳化生物系統方面。這不僅是合成生物學領域的一項重大成就，也為整個生命科學領域帶來了新的見解和可能性。通過這些創新，Sc2.0計畫为基因组的精確設計和合成提供了强有力的範例，展示了合成生物学在理解和應用生命科學方面的巨大潜力。

參考文獻：

Zhao Y, Coelho C, Hughes AL, Lazar-Stefanita L, Yang S, Brooks AN, Walker RSK, Zhang W, Lauer S, Hernandez C, Cai J, Mitchell LA, Agmon N, Shen Y, Sall J, Fanfani V, Jalan A, Rivera J, Liang FX, Bader JS, Stracquadanio G, Steinmetz LM, Cai Y, Boeke JD. Debugging and consolidating multiple synthetic chromosomes reveals combinatorial genetic interactions. Cell. 2023 Oct 20:S0092-8674(23)01079-6. doi: 10.1016/j.cell.2023.09.025. Epub ahead of print. PMID: 37944511.