Cell Res | 天津大学元英进/吴毅开发高效地组装和递送大片段DNA的新方法
来源：生物探索 2024-02-15 10:36
该研究建立了一种简单易用的方法，命名为HAnDy ，能够有效地组装和递送从头设计的1.024 Mb合成辅助染色体（synAC）。
天津大学元英进及吴毅共同通讯在Cell Research（IF 44.1）在线发表题为“Convenient synthesis and delivery of a megabase-scale designer accessory chromosome empower biosynthetic capacity”的研究论文，该研究开发了一种绕过自然减数分裂过程的CRISPR/Cas9介导的单倍体化方法。
在酵母单倍体化的基础上，进一步开发了一种易于使用的方法，即HAnDy (haploidizbaseddna Assembly and Delivery in yeast)，该方法可以高效地组装和递送大片段DNA，而无需任何繁琐的体外操作。利用HAnDy软件，对一条编码542个外源基因的1.024 Mb合成副染色体(synAC)进行平行组装，并将其直接转移到6个系统发育不同的酵母中。synAC显著促进了宿主的适应性，增加了代谢网络的范围，这使得有价值的化合物得以出现。该研究应该促进大规模DNA的组装和递送，以扩展和破译复杂的生物功能。
获取功能性遗传元件来扩展宿主基因组在自然进化和生物工程中是至关重要的。在自然界中，许多生物通过水平基因转移(HGT)或基因组渗入获得外源遗传物质，这可能促进宿主的环境适应。最近有研究报道，基因组扩增可以在兆碱基规模上实现。一个古细菌Methanoperedens spp.含有约1 Mb的染色体外环状DNA，称为“Borgs”，具有扩大代谢能力和增加甲烷氧化能力的潜力。在生物工程中，将来自多个物种的异质遗传物质引入单个生物体以重建生物过程是一种标准做法。例如，几十种异质基因已经从植物、细菌和其他真菌中引入酵母，以产生生物碱、萜类和其他天然产物。重建复杂的生物功能常常需要引入大规模的遗传物质，这是合理的。因此，大规模DNA的便捷组装和传递方法是必不可少的。
对于大规模的DNA组装，酿酒酵母因其高效的同源重组能力而成为首选。在酵母中实现百万级DNA组装的两种主要策略是：一步大规模DNA组装和相对较小片段的迭代组装。基于原生质体的转化相关重组(TAR)组装可以一步将11个长度约100 kb的片段转化为酿酒酵母，组装出一个全长1.08 Mb的支原体基因组。然而，组装过程是复杂的，因为它需要复杂的体外操作程序，从酵母中分离和纯化高质量的100 kb片段。此外，由于需要同时将许多大片段导入细胞，因此装配效率较低。
为了避免大规模DNA操作的复杂性，大规模DNA可以被分割成几个小片段进行迭代组装，然而，这种方法是耗时的，特别是对于组装超大规模的DNA。此外，从组装宿主到不同受体的大规模DNA传递对于扩大合成基因组学的应用范围是必要的。然而，目前的方法效率低下，因为分离过程中的剪切可能会影响所传递DNA的完整性，特别是对于大于1mb的DNA。因此，大规模DNA的组装和传递的主要挑战是将完整的大规模DNA引入细胞的效率，无论是在宿主细胞中组装还是传递到受体细胞中。
synAC从头设计示意图（Credit: Cell Research）
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