天大实现大尺度人类DNA精准合成组装

为染色体异常相关疾病治疗开辟新思路

　　中化新网讯 7月10日，中国化工报记者从天津大学了解到，该校合成生物与生物制造学院元英进院士团队实现大尺度(兆碱基Mb)人类DNA的精准合成组装与跨物种递送，研究成果于7月10日在《自然-方法》刊发。

　　人类基因组的从头设计与合成面临两大核心技术瓶颈：一方面，人类基因组中超过50%的区域由高度复杂的重复序列构成，其精确合成与准确组装存在显著技术难题；另一方面，超大片段DNA的高效跨物种转移尚未突破，成为合成基因组功能验证的关键技术障碍。这些技术瓶颈限制了合成基因组学在高等生物中的应用与发展。

　　元英进团队的最新研究成果在这两个关键方面均取得了突破性进展。他们创新性地建立了名为SynNICE的技术体系：在酿酒酵母中实现高度重复人类基因组序列的精准从头组装；开发出“酵母核载体”策略，通过发展酵母细胞核体外提取技术，避免了核内染色体DNA的降解，完整保留了染色体的高级结构特征；实现了Mb级人类基因组DNA向哺乳动物早期胚胎的高效递送。基于这一技术体系平台，研究人员在小鼠早期胚胎模型中成功捕捉到从头DNA甲基化的建立模式，证实从头建立的表观遗传修饰对调控合成基因组基因转录的关键作用。

　　这项研究在国际上实现了Mb尺度人类基因组的从头合成组装、跨物种转移与功能重塑。SynNICE方法具有双重价值：首次揭示了合成基因组在进入受体细胞后被细胞环境识别和重塑的过程，为研究表观遗传修饰的的从头建立提供了全新的技术手段；为染色体异常相关疾病的治疗开辟了新思路，未来有望发展出针对染色体疾病的创新性治疗方案，并推动其向临床应用转化。

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　　自21世纪初“人类基因组计划”完成人类染色体测序以来，研究人员便开始追求“从头书写”基因组的能力。基因组合成有助于揭示人类基因组的DNA序列与功能之间的因果关系，从利用测序技术“读取”遗传信息，到主动地“编写”生命密码，有望在生物医药、人类遗传性疾病的治疗等领域开辟变革性的应用前景。我国在基因组合成领域进行了超前布局，2015年天津大学元英进团队成功完成了酿酒酵母5号和10号两条染色体的化学合成，开发了高效的染色体缺陷靶点定位和精准修复技术，相关研究成果于2017年发表在《科学》期刊后，就致力于突破人类基因组合成的关键技术。