精確控制基因組重排 「重塑生命」獲重大進展

天津大學元英進教授帶領的合成生物學團隊，繼人工合成酵母染色體打破非生命物質和生命物質界限後，日前首次利用精確控制基因組重排技術，培養出了能幾何級生長的「超級酵母菌」。該成果填補了國內基因組結構變異的技術空白，提高了細胞工廠生產效率。該研究成果的三篇相關論文在《自然通訊》期刊同期發表。

來源：科技日報、澎湃新聞

據介紹，以前的DNA變異技術大多隻針對基因層面進行小規模改造，在更加複雜的基因組結構變異層面的人工構建技術仍具有挑戰。

天津大學科研團隊正是瞄準這一難題，研究出能夠精準控制基因重排的方法，使作為研究對象的合成型酵母菌，在有限時間內產生幾何級增長的基因組變異，驅動其快速進化生長。

為了能夠精準調控合成型酵母基因組重排過程，天地大的科研人員特意為細胞設計了一把「入門鎖」，打開這把「鎖」要用兩把「鑰匙」，只有兩把「鑰匙」同時轉動的狀態下，細胞內的基因組重排才會開啟。而這兩把「鑰匙」就是添加到菌株培養基中的兩種物質——半乳糖和雌激素。在它們的互相作用下，通過使用這一精準控制技術對合成型酵母基因組進行多輪迭代重排，酵母種類多樣性得到了極大豐富。科研人員從中篩選出大量高產β-胡蘿蔔素的菌株，經過5輪迭代基因組重排，合成型酵母菌中β-胡蘿蔔素產量提升了38.8倍。

在此基礎上，研究人員還分別通過雜合二倍體基因組重排和跨物種基因組重排，獲得了可以在攝氏42度溫度下生長加快的菌株和咖啡因耐受性明顯增強的酵母菌株。英國帝國理工大學的研究者們也利用天津大學合成型5號染色體的酵母菌進行基因組重排，實現底盤細胞的快速進化，顯著提升了酵母紫色桿菌素合成能力和五碳糖代謝利用能力。

這一研究未來對提升能源醫藥化學品的生產合成，對於工業菌株進化和功能知識發現具有重要意義。上述研究還得到國家自然科學基金委、科技部973計劃以及國際合作項目的支持。

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