科学家彻底改写细菌基因组

科学家继续修复大肠杆菌基因组。资料来源:bsip/uigwia gettymages

几天前，合成生物学家报道了细菌基因组重写的最深远的结果。这一进展包括重复使用3.8%的大肠杆菌碱基对。

研究人员在8月18日的美国科学杂志上发表了他们的发现。

研究人员替换了大肠杆菌64种遗传密码中的7种(指定氨基酸遗传密码的序列)。他们现在能够通过合成55个片段的脱氧核糖核酸(DNA)来减少遗传密码的数量，每个片段有50，000个碱基对长。研究人员还将这些片段组装成一种功能性大肠杆菌..

此外，由马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的科学家领导的研究小组表示，这项研究是促进具有新特性的生物设计的重要一步，例如抵抗病毒的传染性。

包括医学院的乔治·丘奇在内的合成生物学家表示，这项工作也被视为“人类基因组计划——写作”的原型——科学家计划用这个项目来合成人类基因组。

丘奇说:“这项研究是一个示范，表明这样一个彻底的重建项目是可行的。”

康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学的合成生物学家法伦·艾萨克斯(Farren Isaacs)没有参与这项研究，但之前曾与丘奇合作进行过重新编码工作，他说:“将遗传密码元素的数量从64个减少到57个，极大地违反了现有的自然法则。”他说:“这是向前迈出的重要一步，展示了遗传密码的可扩展性，以及如何通过重新编码的基因组从生物体中提取新的生物功能和属性。”

丘奇的研究小组和其他科学家先前已经发现，在大肠杆菌中重新编码一个氨基酸是可行的，从而允许细菌含有自然界中不存在的氨基酸。如此形成的重编程生物对病毒感染有很高的抵抗力，因为它们不再包含病毒存活所需的所有天然生物共有的遗传机制。它们的制造也完全依赖于食物中的合成氨基酸，因此减少了人们对重新编码的细菌可能逃离实验室并在野外肆虐的恐惧。

这项最新研究中使用的重新编码技术是一个困难的过程，几年前还不可能实现。在过去的10年里，基因工程和合成DNA研究的快速发展使得更雄心勃勃的基因工程项目成为可能。

马克·拉乔伊是一名合成生物学家，他参与了教堂实验室的研究，现在在西雅图的华盛顿大学工作，他说:“这个项目规模空前。这是迄今为止完成的最大的全合成基因组，也是迄今为止引入基因组的最具功能性的变化。”

由克雷格·文特尔(Craig Venter)领导的研究小组于今年3月宣布，他们已经根据细菌基因组创造了一个合成基因组，并移除了所有不必要的基因。克雷格·文特尔是加州拉荷亚的J·克雷格·文特尔研究所的基因组企业家。然而，这个活体的基因组比大肠杆菌的基因组小一个数量级。

丘奇和他的研究小组现在正试图将他们重新编码的大肠杆菌DNA片段缝合成一个连续的基因组。然后研究人员将测试重建的有机体是否有生命。丘奇说他不知道这项研究需要多长时间。他的实验室成员估计时间可能是4个月到4年。

艾萨克斯说:“这需要很大的努力，但似乎是可以实现的。”(赵茜·Xi)

《中国科学报》(国际版，第二版，2016年8月22日)

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