基因组重排系统推进酵母菌株演化

科技日报北京5月22日电 （记者张梦然）英国《自然·通讯》杂志22日发布了Sc2.0（真核生物酵母人工基因组合成）国际合作计划的一系列最新成果：多国科学家将基因组重排系统（SCRaMbLE）应用于酵母的合成染色体，加快了酵母菌株演化。这些合成生物技术的最新进展不但能推进人类药物合成进程，还将进一步加强我们对生命过程的调节和控制能力。

酿酒酵母是第一个被全基因组测序的真核生物，但其需要经过一定改造才能产出特定产物或忍耐严酷的工业条件。而所谓基因组重排系统（SCRaMbLE），旨在通过重排合成染色体上的基因，形成大量的遗传多样性。之后人们可以根据期望的目标，如改进产物合成，来筛选所得的菌株。对于单倍体酵母而言，如果删除了关键基因，也许会杀死原本可能多产的菌株。

为了解决这个问题，美国纽约大学朗格尼医学中心研究团队让包含合成染色体的酵母与野生型酿酒酵母或近亲的奇异酵母（S. paradoxus）杂交。这样得到的二倍体后代比单倍体菌株更强健，能在42℃高温和高咖啡因条件下生长。

在另一项研究中，英国帝国理工学院团队将SCRaMbLE系统应用在一个携带完全合成染色体V的酵母菌株上，以改进药物合成，使该酵母菌株代谢另一种糖源。研究人员将青霉素的生物合成途径添加到该酵母上，并利用SCRaMbLE系统对酵母基因组加以处理，最终使其生产率较过去增加两倍。他们还通过SCRaMbLE系统推动了酵母菌株利用木糖生长（木糖广泛存在于植物中）。

2012年，中美联合推动Sc2.0国际合作计划，并由中国科学家人工合成16条酿酒酵母染色体中的4条，占国际已完成数量的66.7%。《自然·通讯》此次发布的一系列论文合集，都是关于重新设计酵母基因组的实验成果，随附的评论文章肯定了该进展对于合成生物学、生物技术以及基因组认知的潜在应用和影响。