科學(xué)家對細(xì)菌基因組成功實(shí)現(xiàn)了根本性地“重寫”

2016年08月24日訊 近日，在Science雜志上刊登的一篇文章中，合成生物學(xué)家報(bào)道了一種對細(xì)菌基因組進(jìn)行重新“布局”（rewiring）的突破性研究成果，這項(xiàng)研究報(bào)告中，研究人員對大腸桿菌基因組中3.8%的堿基對進(jìn)行了“再利用”，并且成功改變了其用途。

科學(xué)家將64個(gè)遺傳密碼子中的7個(gè)替換成了能夠產(chǎn)生相同組分的遺傳密碼子，遺傳密碼子是可以編碼產(chǎn)生氨基酸的基因序列，同時(shí)研究者通過在55個(gè)DNA片段中合成DNA就減少了密碼子的數(shù)量，而每一個(gè)片段都是長為5萬個(gè)堿基對的DNA片段，隨后研究人員利用這些片段重新組裝形成了功能性的大腸桿菌。

盡管如此，來自哈佛醫(yī)學(xué)院的研究者表示，這是我們向開發(fā)具有新型特性的工程化有機(jī)體邁出的巨大一步，比如我們開發(fā)抵御病毒感染的有機(jī)體等。包括George Church在內(nèi)的多個(gè)合成生物學(xué)家表示，這項(xiàng)工作為人類基因組計(jì)劃的進(jìn)展提供了一種研究原型，在人類基因組計(jì)劃研究中，科學(xué)家們的終極目的就是成功合成人類的基因組。

大的改變

研究者Church說道，這項(xiàng)研究表明，這種根本性的重組技術(shù)或許是可行的；來自耶魯大學(xué)的研究者Farren Isaacs認(rèn)為，在自然界中將有機(jī)體密碼子從64個(gè)減少為57個(gè)是一項(xiàng)非常大的壯舉，如今我們?nèi)〉昧司薮蟪晒?，而這主要表現(xiàn)在我們闡明了遺傳密碼子的可塑性，同時(shí)還揭示了如何通過對基因組的重新編碼來從有機(jī)體中提取出全新類型的生物學(xué)功能和特性。

研究者Church的實(shí)驗(yàn)室和其他研究者此前通過研究發(fā)現(xiàn)，他們有可能對大腸桿菌的單個(gè)氨基酸進(jìn)行重新編碼，以便細(xì)菌可以插入在自然中找不到的氨基酸分子；而諸如這樣的重編程有機(jī)體或許會(huì)對病毒感染產(chǎn)生較強(qiáng)的耐受力，因?yàn)橹亟M的有機(jī)體中不再含有所有自然界生物體中所常見的遺傳機(jī)器，而病毒往往會(huì)利用有機(jī)體中的常見遺傳機(jī)器來進(jìn)行自我復(fù)制。這些重編程有機(jī)體的制造主要依賴于飲食中合成性的氨基酸，同時(shí)其還能緩解科學(xué)家們的擔(dān)憂，而科學(xué)家們會(huì)擔(dān)心重編程的細(xì)菌會(huì)“逃離”實(shí)驗(yàn)室并在自然界開始肆虐。

我們所擁有的先進(jìn)技術(shù)

研究者在最新的研究中使用的重編碼過程是一項(xiàng)非常艱難的開發(fā)過程，多年前研究者根本不可能看到這種技術(shù)，然而在過去10年里，工程學(xué)研究和合成性DNA技術(shù)的速度大大加快，從而就促進(jìn)科學(xué)家們開展了很多遺傳工程學(xué)新技術(shù)及研究。

來自華盛頓大學(xué)的研究者M(jìn)arc Lajoie說道，這種遺傳工程學(xué)計(jì)劃目前正處于前所未有的大規(guī)模研究之中，而且如今我們能夠開發(fā)出大型完整的合成性基因組，同時(shí)我們還能夠?qū)⒆疃嗟墓δ苄愿淖円氲胶铣尚缘幕蚪M中去。

來自雷格文特爾研究所的研究者Craig Venter今年3月份宣布，他們以所有不必要的基因被移除的細(xì)菌基因組為基礎(chǔ)開發(fā)出了一種合成性的基因組，但有機(jī)體的基因組在數(shù)量級上往往要小于大腸桿菌。如今研究者Church和其同事正在嘗試將重編碼大腸桿菌的DNA片段“縫合”到連續(xù)的基因組上，隨后他們將檢測是否這種重組的有機(jī)體是否具有生存的能力；Church表示，我們并不清楚這項(xiàng)計(jì)劃需要多長時(shí)間才能完成，實(shí)驗(yàn)室的其他同事則推測這項(xiàng)研究需要持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年。

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