天津大學(xué)元英進(jìn)教授帶領(lǐng)的合成生物學(xué)團(tuán)隊(duì)，繼人工合成酵母染色體打破非生命物質(zhì)和生命物質(zhì)界限后，日前首次利用精確控制基因組重排技術(shù)，培養(yǎng)出了能幾何級生長的“超級酵母菌”。該成果填補(bǔ)了國內(nèi)基因組結(jié)構(gòu)變異的技術(shù)空白，提高了細(xì)胞工廠生產(chǎn)效率。該研究成果的三篇相關(guān)論文在《自然通訊》期刊同期發(fā)表。

據(jù)介紹，以前的DNA變異技術(shù)大多只針對基因?qū)用孢M(jìn)行小規(guī)模改造，在更加復(fù)雜的基因組結(jié)構(gòu)變異層面的人工構(gòu)建技術(shù)仍具有挑戰(zhàn)。????

天津大學(xué)科研團(tuán)隊(duì)正是瞄準(zhǔn)這一難題，研究出能夠精準(zhǔn)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(shí)間內(nèi)產(chǎn)生幾何級增長的基因組變異，驅(qū)動(dòng)其快速進(jìn)化生長。

為了能夠精準(zhǔn)調(diào)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(xì)胞設(shè)計(jì)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(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)下，細(xì)胞內(nèi)的基因組重排才會(huì)開啟。而這兩把“鑰匙”就是添加到菌株培養(yǎng)基中的兩種物質(zhì)——半乳糖和雌激素。在它們的互相作用下，通過使用這一精準(zhǔn)控制技術(shù)對合成型酵母基因組進(jìn)行多輪迭代重排，酵母種類多樣性得到了極大豐富?？蒲腥藛T從中篩選出大量高產(chǎn)β-胡蘿卜素的菌株，經(jīng)過5輪迭代基因組重排，合成型酵母菌中β-胡蘿卜素產(chǎn)量提升了38.8倍。

在此基礎(chǔ)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(qiáng)的酵母菌株。英國帝國理工大學(xué)的研究者們也利用天津大學(xué)合成型5號染色體的酵母菌進(jìn)行基因組重排，實(shí)現(xiàn)底盤細(xì)胞的快速進(jìn)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(yī)藥化學(xué)品的生產(chǎn)合成，對于工業(yè)菌株進(jìn)化和功能知識發(fā)現(xiàn)具有重要意義。上述研究還得到國家自然科學(xué)基金委、科技部973計(jì)劃以及國際合作項(xiàng)目的支持。