وصل مشروع Sc2.0 (Yeast 2.0) إلى خاتمة تاريخية في يناير 2025 مع الانتهاء من الكروموسوم الأخير synXVI: لأول مرة، يوجد جينوم حقيقيات نواة معاد تصميمه بالكامل بشكل اصطناعي لخميرة الخباز. في المقابل، لا تزال الأساليب الطموحة للجينومات النباتية الاصطناعية - التي يشار إليها غالبًا باسم "Plant 2.0" أو SynMoss - في مرحلة مبكرة. بينما أثبت Sc2.0 أن تخليق الجينوم على نطاق واسع ممكن في حقيقيات نواة وحيدة الخلية، تواجه المشاريع النباتية عقبات تقنية وبيولوجية أعلى بكثير.
بدأ Sc2.0 في عام 2006 كمشروع دولي بمشاركة كبيرة من Jef Boeke. تم تقليل جينوم الخميرة الذي يبلغ حجمه حوالي 12 ميغابايت مع 16 كروموسومًا بنسبة ثمانية بالمائة تقريبًا. تمت إزالة العناصر المتكررة غير المستقرة والعناصر القافزة، وتم تحويل 127 من كودونات التوقف TAG إلى TAA، وتم حذف الإنترونات، وتم إدخال 344 موقعًا متماثلًا loxPsym. تتيح هذه المواقع نظام SCRaMbLE، الذي يمكن من خلاله إعادة هيكلة الجينوم بشكل مستهدف وإنشاء متغيرات بخصائص جديدة. بالإضافة إلى ذلك، يوجد كروموسوم tRNA اصطناعي جديد يجمع جميع جينات tRNA خارج الكروموسومات الطبيعية ويسهل التعديلات واسعة النطاق. تم بناء الكروموسوم الأخير synXVI (902.994 زوج قاعدي) من 116 جزءًا، وتم دمجه في سلالات الخميرة، وتحسينه من خلال تصحيح الأخطاء باستخدام CRISPR (بروتوكول D-BUGS) حتى تم حل مشاكل اللياقة. تتوفر الآن جميع الكروموسومات الـ 16 بالإضافة إلى الكروموسوم الجديد بشكل فردي؛ لا يزال الدمج الكامل في خلية واحدة معلقًا، ولكنه يعتبر في المتناول.
على النقيض من ذلك، لا يوجد مشروع "Plant 2.0" راسخ بنفس حجم Sc2.0. بدلاً من ذلك، توجد مشاريع تجريبية أولية تستفيد من تجارب الخميرة. أبرزها هو SynMoss في طحلب Physcomitrella patens. تم بالفعل استبدال قسم من الذراع القصيرة للكروموسوم 18 (155.181 زوج قاعدي أصلي) بنسخة اصطناعية معاد تصميمها بحجم 68.530 زوج قاعدي - وهو انخفاض بنسبة 56 بالمائة تقريبًا. هنا أيضًا، تمت إزالة التسلسلات المتكررة والعناصر غير الأساسية، وتم تعديل كودونات التوقف، وإدخال علامات PCR، وتوفير مواقع loxPsym لإعادة الترتيب المستقبلية. تم إجراء التخليق والإدخال بشكل هجين: أجزاء صغيرة في E. coli، وأجزاء متوسطة في الخميرة عبر إعادة التركيب المتماثل، ثم إدخالها في بروتوبلاستات الطحالب. نمت النباتات الناتجة بشكل طبيعي، وكانت قادرة على التكاثر، ومقاومة للإجهاد. هذا يوضح أنه حتى في الكائنات متعددة الخلايا، من الممكن تحقيق تخفيض كبير في الجينوم دون فقدان الوظيفة.
تأتي دفعة أخرى من المملكة المتحدة. في يونيو 2025، خصصت وكالة الأبحاث والابتكار المتقدمة (ARIA) أكثر من 12 مليون جنيه إسترليني لفريق دولي مكلف بتطوير تقنيات لتخليق كروموسومات نباتية كاملة. تشمل الجهات المشاركة جامعة غرب أستراليا، وجامعة كامبريدج، ومعهد Australian Genome Foundry بجامعة ماكواري - والأخيرة تشارك أيضًا بشكل كبير في Sc2.0. بالتوازي، تجري مشاريع لتخليق جينومات البلاستيدات الخضراء في المحاصيل مثل البطاطس أو القمح، لزيادة كفاءة التمثيل الضوئي أو الإنتاجية أو مقاومة الإجهاد. تهدف هذه المقاربات إلى كروموسومات اصطناعية معيارية، من شأنها إدخال مسارات أيضية جديدة أو مقاومة.
الاختلافات وخيمة. استفاد Sc2.0 من دورة التكاثر السري للخميرة (حوالي 90 دقيقة)، وسهولة التحويل، ومعدل التكاثر المتماثل العالي. الجينوم مضغوط، أحادي الصيغة الصبغية، وموصوف جيدًا. في المقابل، غالبًا ما تمتلك النباتات جينومات ضخمة مع نسبة عالية من الحمض النووي المتكرر، وهي متعددة الخلايا، ثنائية أو متعددة الصيغة الصبغية، ولها دورات تكاثر طويلة. التحويل أكثر تعقيدًا، والتنظيم اللاجيني وجينومات البلاستيدات الخضراء والميتوكوندريا تزيد من صعوبة التصميم. قدم Sc2.0 بالفعل تطبيقات عملية مثل سلالات صناعية أكثر قوة أو متغيرات قائمة على SCRaMbLE لتحليل النفايات. بالنسبة للنباتات، لا تزال المشاريع تواجه تطوير طرق تجميع وتسليم مناسبة؛ تقتصر النجاحات الأولية مثل SynMoss على طحلب نموذجي بسيط.
ومع ذلك، يرى الخبراء Sc2.0 كنموذج أولي. يتضمن العمل المنشور في يناير 2025 حول synXVI بالفعل نسخة معاد تصميمها في المختبر بمعلمات محسنة (علامات PCR أقل، حدود مقاطع معدلة، توزيع أفضل لـ loxPsym)، والتي تعمل صراحة كخارطة طريق للمشاريع المستقبلية في النباتات أو حتى خلايا الثدييات. من المتوقع أن تساعد الدروس المستفادة من تصحيح الأخطاء وتحسين اللياقة البدنية في التغلب على التوسع إلى كائنات أكثر تعقيدًا.
بينما أثبت Sc2.0 أن الجينومات حقيقية النواة الاصطناعية الكاملة قابلة للتنفيذ، فإن مبادرات النباتات الحالية تمثل الانتقال من البحث الأساسي إلى هندسة الجينوم التطبيقية في المحاصيل. قد تؤدي النجاحات هناك على المدى الطويل إلى محاصيل أكثر مرونة، أو تثبيت كربون أكثر كفاءة، أو مصانع حيوية جديدة - مع تأثير أكبر بكثير على الزراعة والاقتصاد الحيوي مقارنة بالخميرة. ستظهر السنوات القادمة ما إذا كان يمكن التغلب على العقبات التقنية في النباتات بنجاح مماثل كما في Sc2.0.
