合成生物学家削减了人类人工染色体的高迪安着丝粒

理查德·费曼(Richard Feynman)的格言“我不能创造的东西，我不理解的东西”引起了合成生物学家的共鸣，这些生物学家试图创造自然生命系统的人工版本。这些系统之一是人类染色体。尽管按合成生物学家的理解，它几乎是“可创造的”，但它却是中心难题，着丝粒。

与面包酵母中的着丝粒不同，人类细胞中的着丝粒不能简单地由DNA序列编码。它们依靠组蛋白H3变体着丝粒蛋白A(CENP-A)来表观遗传地指定其位置。另一个困难是，天然人着丝粒的DNA序列包含171个碱基对序列的数千个重复，而这种重复序列很难在实验室中克隆。

相当高地结。面对这个问题，宾夕法尼亚大学的科学家们决定，他们将像亚历山大大帝一样，实施一种变通方案。他们生化地将CENP-A直接递送至人类人工染色体(HAC)DNA。这样做极大地简化了HAC的构建。例如，它避免了可能不可避免的复杂性：在裸露的DNA上需要高密度的局部CENP-B，以促进CENP-A核小体的组装或稳定。

CENP-B，尽管不是天然染色体必不可少的，但已被认为是人工着丝粒形成所必需的。

本质上，由本·布莱克(Ben Black)博士教授领导的宾夕法尼亚大学科学家强迫CENP-A与非重复性DNA序列结合，形成HAC的新着丝粒。科学家在7月25日发表在《细胞》杂志上的一篇文章(“ 绕过着丝粒DNA的人类人工染色体 ”)中描述了他们的方法。

该文章的作者写道：“在这里，我们通过包括重复性着丝粒序列或非重复性基因组序列在内的一系列HAC来改进HAC技术，测试每种类型对它们依赖于CENP-A核小体组装的依赖性。”

他们继续说：“由最初的CENP-A核小体播种策略形成，缺乏重复性着丝粒DNA的构建体形成了几个自足的HAC，这些HAC没有摄取基因组DNA。与传统的α卫星HAC形成相反，这种非重复性构建体可以形成功能性HAC，而无需CENP-B或最初的CENP-A核小体接种，从而揭示了不同DNA序列类型形成着丝粒的独特途径。”

换句话说，Black和同事创建了两个新的HAC。他们都不使用CENP-B，并且不是重复的。

布莱克说：“我们想看看是否可以通过赋予表观遗传标记赋予我们进入细胞的DNA来打破规则，” “我们已经采用了着丝粒旁路方法来制备功能齐全的HAC，而没有克隆出过去二十年来重复性着丝粒DNA呈现给哺乳动物染色体工程师的噩梦。”

他继续说：“以我们的成功为基础，我们和合成染色体领域的其他人现在将有真正的机会实现迄今为止仅在酵母细胞中取得的成就。”

合成生物学领域下一步的步骤之一是将布莱克实验室的着丝粒与其他人设计的基因集联系起来。此分步构建项目是“人类基因组计划”的目标，该合作旨在构建与真人大小一样的合成染色体。布莱克实验室的贡献将有助于加快基于合成染色体的实用研究和临床工具的创建。

展望未来，HACs可能会在细胞培养中更可靠地遗传，并且可能会对原着丝粒的区域进行基因组研究，而这在以前是不可能的。更可靠的HAC也将为复杂的合成生物系统打开大门，这些系统需要比在病毒中更长的序列，而病毒是目前提供合成遗传系统的常见方式。

布莱克宣称：“着丝粒体曾经被称为染色体的黑匣子。” “如果您正在研究任何一种生物过程，您都希望能够构建它，这就是我们在这里取得进步的地方。”

“我们现在考虑将HAC建立为模型大小的染色体，” Glennis Logsdon说，他是本研究的第一作者，在研究时是布莱克实验室的博士生。(他现在是华盛顿大学的博士后研究员。)“通过能够以更直接的方式在HAC上构建着丝粒，我们将更接近于放大到全尺寸染色体。”

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