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后，日前首次利用精確控制基因組重排技術，培養(yǎng)出了能幾何級生長的“超級酵母菌”。該成果填補了國內(nèi)基因組結構變異的技術空白，提高了細胞工廠生產(chǎn)效率。該研究成果的三篇相關論文在《自然通訊》期刊同期發(fā)表。

據(jù)介紹，以前的DNA變異技術大多只針對基因層面進行小規(guī)模改造，在更加復雜的基因組結構變異層面的人工構建技術仍具有挑戰(zhàn)。????

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(nèi)產(chǎn)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(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(tài)下，細胞內(nèi)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(yǎng)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?？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(xiàn)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(yī)藥化學品的生產(chǎn)合成，對于工業(yè)菌株進化和功能知識發(fā)現(xiàn)具有重要意義。上述研究還得到國家自然科學基金委、科技部973計劃以及國際合作項目的支持。