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記者10日從天津大學(xué)獲悉，合成生物技術(shù)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、該校合成生物與生物制造學(xué)院元英進(jìn)院士團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)大尺度（兆堿基Mb）人類DNA的精準(zhǔn)合成組裝與跨物種遞送，研究成果于10日發(fā)表在國際期刊《自然·方法》上。該成果是人類基因組合成和轉(zhuǎn)移技術(shù)的重要進(jìn)展，對合成人類基因組具有重要意義。

據(jù)了解，自21世紀(jì)初“人類基因組計(jì)劃”完成人類染色體測序以來，研究人員便開始追求“從頭書寫”基因組的能力?！暗祟惢蚪M的從頭設(shè)計(jì)與合成面臨兩大核心技術(shù)瓶頸?！蔽恼碌谝蛔髡摺⑻旖虼髮W(xué)合成生物與生物制造學(xué)院博士后劉悅介紹，首先，人類基因組中超過50%的區(qū)域由高度復(fù)雜的重復(fù)序列構(gòu)成，其精確合成與準(zhǔn)確組裝存在顯著技術(shù)難題；其次，超大片段DNA的高效跨物種轉(zhuǎn)移尚未突破，這成為合成基因組功能驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)障礙。這些技術(shù)瓶頸極大地限制了合成基因組學(xué)在高等生物中的應(yīng)用與發(fā)展。元英進(jìn)團(tuán)隊(duì)最新的研究成果在這兩個(gè)關(guān)鍵方面均取得了突破性進(jìn)展。

該研究創(chuàng)新性地建立了名為SynNICE的技術(shù)體系。文章共同第一作者、天津大學(xué)合成生物與生物制造學(xué)院副研究員周見庭介紹，該體系首次在酵母中精準(zhǔn)組裝了包含大量重復(fù)序列的人類DNA大片段；創(chuàng)新性開發(fā)“酵母核載體”技術(shù)，可完整提取并保存酵母細(xì)胞核內(nèi)DNA；成功將組裝好的人類DNA大片段導(dǎo)入小鼠早期胚胎，實(shí)驗(yàn)首次觀察到這些人工DNA片段在胚胎中被激活并產(chǎn)生調(diào)控基因表達(dá)的表觀遺傳標(biāo)記。

該研究針對人類Y染色體關(guān)鍵功能區(qū)——無精子癥因子a（AZFa），該區(qū)段的缺失會(huì)導(dǎo)致最嚴(yán)重的男性不育，通過手術(shù)獲得精子的概率幾乎為零。研究人員提出“組合式層級(jí)組裝策略”：利用酵母同源重組，通過三步逐級(jí)拼接方案，成功實(shí)現(xiàn)了這一復(fù)雜序列（重復(fù)序列占69.38%）在釀酒酵母中的高效組裝。

團(tuán)隊(duì)突破性地開發(fā)完整酵母細(xì)胞核分離技術(shù)，能夠提取直徑僅1微米的細(xì)胞核，不僅確保了核內(nèi)合成染色體不被降解，更維持了其染色質(zhì)高級(jí)結(jié)構(gòu)特征，利用該方法提出的酵母細(xì)胞核可冷凍保存6個(gè)月以上。研究團(tuán)隊(duì)通過顯微注射技術(shù)，將合成基因組高效遞送至具有全能性分化潛能的小鼠早期胚胎，首次觀察到合成基因組在早期胚胎四細(xì)胞階段啟動(dòng)轉(zhuǎn)錄的現(xiàn)象。

這項(xiàng)研究在國際上實(shí)現(xiàn)了Mb尺度人類基因組的從頭合成組裝、跨物種轉(zhuǎn)移與功能重塑。元英進(jìn)團(tuán)隊(duì)研發(fā)的SynNICE方法具有雙重價(jià)值：一方面，該技術(shù)首次揭示了合成基因組在進(jìn)入受體細(xì)胞后被細(xì)胞環(huán)境識(shí)別和重塑的過程，為研究表觀遺傳修飾的從頭建立提供了全新的技術(shù)手段；另一方面，該研究為染色體異常相關(guān)疾病的治療開辟了新思路和新技術(shù)，未來有望在此基礎(chǔ)上發(fā)展出針對染色體疾病的創(chuàng)新性治療方案，并推動(dòng)其向臨床應(yīng)用轉(zhuǎn)化。

北京大學(xué)教授湯富酬評(píng)價(jià)：“元英進(jìn)團(tuán)隊(duì)突破性實(shí)現(xiàn)Mb級(jí)人類DNA合成與跨物種遞送，發(fā)現(xiàn)合成DNA在小鼠胚胎中能建立正常甲基化模式。該技術(shù)為器官移植帶來新希望，通過改造豬基因組降低免疫排斥，有望將異種器官存活時(shí)間從2-3年延長至數(shù)十年，徹底解決人類器官移植供體短缺的世界性和世紀(jì)性難題?！?/p>

（天津大學(xué)供圖）