大尺度人類DNA精準合成組裝與跨物種遞送實現

科技日報天津7月10日電 （記者陳曦 通訊員趙暉）記者10日從天津大學獲悉，合成生物技術全國重點實驗室、該校合成生物與生物製造學院元英進院士團隊實現大尺度（兆鹼基Mb）人類DNA的精準合成組裝與跨物種遞送，研究成果於當日發表在國際期刊《自然·方法》上。

自21世紀初“人類基因組計劃”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。但人類基因組的從頭設計與合成面臨兩大核心技術瓶頸，極大地限制了合成基因組學在高等生物中的應用與發展。

元英進團隊最新的研究成果在上述兩個關鍵方面均取得了突破性進展。其創新性地建立了名為SynNICE的技術體系。該體系首次在酵母中精準組裝了包含大量重複序列的人類DNA大片段；創新性開發“酵母核載體”技術，可完整提取並保存酵母細胞核內DNA；成功將組裝好的人類DNA大片段導入小鼠早期胚胎，實驗首次觀察到這些人工DNA片段在胚胎中被激活併產生調控基因表達的表觀遺傳標記。

該研究針對人類Y染色體關鍵功能區——無精子症因子a（AZFa），該區段的缺失會導致最嚴重的男性不育，通過手術獲得精子的概率幾乎為零。研究人員提出“組合式層級組裝策略”：利用酵母同源重組，通過三步逐級拼接方案，成功實現了這一複雜序列在釀酒酵母中的高效組裝。

團隊突破性地開發完整酵母細胞核分離技術，能夠提取直徑僅1微米的細胞核，不僅確保了核內合成染色體不被降解，更維持了其染色質高級結構特徵，利用該方法提出的酵母細胞核可冷凍保存6個月以上。此外，研究團隊還通過顯微注射技術，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，並首次觀察到合成基因組在早期胚胎四細胞階段啓動轉錄的現象。

這項研究在國際上實現了Mb尺度人類基因組的從頭合成組裝、跨物種轉移與功能重塑，是人類基因組合成和轉移技術的重要進展，對合成人類基因組具有重要意義。