研究人员将在实验室中合成的7条合成染色体组合成一个酵母细胞，从而产生了一个具有50%以上合成DNA的菌株，该菌株存活下来，并与野生酵母菌株相似地复制。

　　该团队于11月8日在《细胞》杂志上发表了半合成酵母，作为《细胞》、《分子细胞》和《细胞基因组学》系列论文的一部分，展示了合成酵母基因组计划(Sc2.0)，这是一个致力于从零开始开发第一个合成真核生物基因组的全球联盟。该团队现在已经合成并调试了所有16条酵母染色体。

　　“我们的动机是通过构建合成基因组来理解基因组基本原理的基本原理，”合著者、曼彻斯特大学的合成生物学家Patrick Yizhi Cai说，他也是该文集中另外两篇论文的资深作者。“这个团队现在已经重新编写了萌芽酵母的操作系统，这开启了一个工程生物学的新时代——从修补少数基因到从头设计和构建整个基因组。”

　　虽然细菌和病毒基因组之前已经合成，但这将是第一个合成的真核生物基因组，它引入了多染色体的复杂性。合成酵母也是一种“设计”基因组，与它所基于的天然酿酒酵母(酿酒酵母或面包酵母)基因组有很大不同。

　　纽约大学朗格尼健康中心的合成生物学家、资深作者和Sc2.0领导者杰夫·伯克说:“我们认为，生产出一种从自然设计中进行大量修改的东西是很重要的。”“我们的首要目标是构建一种可以教会我们新生物学的酵母。”

　　为此，研究人员删除了可能被视为“垃圾”的非编码DNA片段和重复元素，添加了新的DNA片段，以帮助他们更容易地区分合成基因和天然基因，并引入了一个名为“SCRaMbLE”的内置多样性生成器，该生成器可以打乱染色体内和染色体之间的基因顺序。

　　为了增加基因组的稳定性，研究小组还移除了许多编码转移RNA (tRNA)的基因，并将它们重新安置到一个完全由tRNA基因组成的全新的“新染色体”上。“tRNA新染色体是世界上第一个完全从头合成的染色体，”蔡说。“自然界中不存在这样的东西。”

　　由于酵母基因组由16条染色体组成，研究人员开始独立组装每条染色体，创造出16个部分合成的酵母菌株，每个株含有15条天然染色体和1条合成染色体。下一个挑战是开始将这些合成染色体组合成一个酵母细胞。

　　为了做到这一点，Boeke的团队开始使用一种让人想起孟德尔豌豆的方法:本质上，研究人员将不同的部分合成酵母菌株杂交，然后在它们的后代中寻找携带两种合成染色体的个体。

　　虽然这种方法很有效，但速度很慢，但研究小组逐渐将所有先前合成的染色体——6条完整的染色体和一条染色体臂——整合到一个细胞中。所得到的酵母菌株合成率超过31%，形态正常，与野生型酵母菌相比只有轻微的生长缺陷。

　　为了更有效地在酵母菌株之间转移特定的染色体，研究人员开发了一种称为染色体替代的新方法，该方法在新收集的另一篇论文中进行了讨论。作为概念的证明，他们使用染色体替代转移了一条新合成的染色体(染色体IV，所有合成染色体中最大的一条)，从而产生了一个具有7.5条合成染色体的酵母细胞，合成率超过50%。

　　当合成染色体被整合到单一酵母菌株时，研究小组发现了几个遗传缺陷或“缺陷”，这些缺陷或“缺陷”在只携带一条合成染色体的酵母菌株中是看不见的。“原则上，我们知道这可能会发生——我们可能有大量的东西，它们的影响很小，当你把它们放在一起时，可能会导致千刀万剐的死亡，”Boeke说。

　　其中一些错误仅仅是由于基因组中有许多微小缺陷的叠加影响，而其他错误则涉及不同合成染色体上基因之间的遗传相互作用。通过使用基于CRISPR/Cas9的方法，研究人员能够绘制和修复其中的几个错误，并增加合成酵母的适应性。

　　“我们现在已经证明，我们基本上可以整合一半的基因组，使其具有良好的适应性，这表明这不会是一个大问题，”Boeke说。“从调试中，我们可以学到生活规则的新变化。”

　　下一步将是整合剩下的合成染色体。“现在我们离在单个细胞中拥有所有16条染色体的终点只有这么远，”Boeke说。“我喜欢把这称为开始的结束，而不是结束的开始，因为那是我们真正能够开始洗牌和生产酵母的时候，酵母可以做我们以前从未见过的事情。”