Международная группа учёных, работавшая над проектом Sc2.0 (Synthetic Yeast Genome Project) по созданию первого в мире синтетического генома эукариот, опубликовала подробное руководство по сборке генома. В работе описаны как успешные решения, так и возникшие трудности, с которыми столкнулись более 200 исследователей из десяти институтов в ходе работы над проектом.
Sc2.0 ставил своей целью перепроектирование и химический синтез всех 16 хромосом пекарских дрожжей «с нуля». В ходе проекта исследователи удаляли нестабильные генетические элементы, добавляли молекулярные «водяные знаки» для идентификации синтетической ДНК и внедряли систему SCRaMbLE для перестановки генов и изучения их функций. В отличие от традиционной генной инженерии, которая вносит изменения в существующие геномы, Sc2.0 впервые полностью переписал геном, состоящий из 12 миллионов пар оснований.
Хромосомы собирались большими фрагментами, содержащими тысячи пар оснований, и затем последовательно встраивались в живые клетки дрожжей. Клетки дрожжей использовали собственные механизмы для соединения синтетических фрагментов. Несмотря на стандартизированные принципы проектирования, каждая исследовательская группа сталкивалась с похожими проблемами.
В руководстве систематически описаны «ошибки», что позволит будущим специалистам по синтетической биологии избежать повторения тех же сценариев. Небольшие ДНК-водяные знаки, предназначенные для того, чтобы быть незаметными, иногда неожиданно нарушали функции генов. Некоторые гены, считавшиеся несущественными, вызывали значительные проблемы с ростом при их удалении. Дрожжи не могут восстанавливать митохондриальные геномы с нуля, поэтому любое повреждение требовало генетической «спасательной операции», в ходе которой учёные выявляли и устраняли проблему, а затем повторно вводили здоровые митохондрии путём тщательного разведения.
Участники проекта разработали и использовали инструменты отладки, такие как Pooled PCRtag Mapping, — метод, позволяющий одновременно выявлять генетические изменения, вызывающие проблемы, в сотнях колоний дрожжей, — и CRISPR D-BUGS, — метод, сочетающий редактирование генов со стратегиями селекции.
Полученные знания уже используются в новых проектах, в частности, в проекте по созданию первого в мире синтетического хромосомного набора для сельскохозяйственных культур. Проект финансируется Великобританией и направлен на разработку технологий для создания синтетических геномов растений. Растения сложнее в генной инженерии, чем дрожжи, поэтому синтетические хромосомы растений сначала создаются в клетках дрожжей, а затем переносятся в клетки растений.