@ 2016.03.26 , 09:31

疯狂科学家利用473个基因合成细菌

合成细菌syn3.0的基因组远远少于自然界中其它更小生命。生物学家们希望它能进一步帮助我们理解生命的基本原理,并激发人类合成更多新生命。

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JCVI-syn3.0(简写syn3.0)的基因由合成基因公司与J. Craig Venter研究所的研究人员们携手设计。它也被称作“极简”基因组,因为它只有473个基因,这是它维持大多数生命基本功能(包括繁殖)所需的最少基因。这一非凡成就被发表在科学期刊上。

进化生物学家们研究最小基因组能够更好地理解简单有机体演变成复杂有机体的过程。它也能被用来探索生命的核心功能,并给细胞内的重要基因分类。它还代表着合成生物学界的飞跃进步。研究人员们能够以此为基础制造出自然界中不存在的有机体,包括吃塑料和有毒垃圾的细菌、能在体内像药物一样工作的微生物和由有机成分组成的生物燃料。它还能帮助天体生物学家预测外星人可能的模样。

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这一项目由生物学家Craig Venter和微生物学家Clyde Hutchison共同领导,它开始的时间可追溯至20年前人们第一次给细菌基因组测序的时候。当时生物学家们开始预测细胞和其它简单有机体的最小基因组。1995年,生物学家们认为最小的细菌细胞基因组将由256个基因组成。Venter及其同事决定测试这一假设。

六年前,他的 团队利用丝状支原体(Mycoplasma mycoides)细菌制造出了能自行繁殖的合成细菌细胞。当时,Venter将其称作第一种以计算机为父母的物种。该试验表明人们能够利用计算机设计基因组并在实验室里合成具备繁殖能力的细胞。

接下来,他们解析M. mycoides生存所需的基本要素。Venter认为他的团队只需一年时间即可完成这项工作,然而他们额外花费了四年时间才完成计划。

在工作早期阶段,他们的每个设计都失败了,因此他们决定尝试新方法。他们利用8种基因片段合成细胞,这8种基因片段会以8选7的组合接受单独测试。

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他们将基因分为重要基因、次重要基因(即细胞生长所需基因但并非生命生存所需)和不重要基因,并在不扰乱剩余基因功能的情况下移除基因。

在syn3.0的473个基因中,有438个编码蛋白质的基因和35个编码注释RNA的基因。相比之下,自然界中的丝状支原体细菌拥有525个基因。研究人员们在删除基因的过程中遇到了一些麻烦,一些看起来毫无用处的基因被删除掉之后,会带来一些无法预料的问题。总的来说,研究人员们无法确定149个基因的功能,这几乎是全部基因组的三分之一。他们怀疑这些基因与编码通用蛋白质有关,但他们并不确定。

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除了保留某些功能未知的基因之外,研究人员们还保留了大量细菌细胞生长所需的次重要基因。从技术上来说,研究人员们还可以进一步删除基因,但细菌细胞的生长将变得异常缓慢,不适用于科学实验。

Syn3.0代表着丝状支原体在实验室环境下能拥有的最少基因数目,但它无法在实验室之外生存。它的所有适应特性已被移除。另外,其他细菌也会拥有不同的最小基因数,这取决于细菌的生理特性和生存环境。Venter说:“最小是一种相对术语,它取决于你对细胞特性和功能的定义。因此如果你想要一个细胞保留光合作用的性能,那么它的最小基因数肯定不会是这个数字。”

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无论如何,此实验的重点在于创造出科学家们能用来研究生命的基线基因组。理论上,syn3.0能够被用来打造具备定制性能的任何细胞。正如研究的共同作者Dan Gibson解释的那样,它可被用在多个领域,包括医药、生化、生物燃料、营养和农业。

Venter及其同事正在比赛,看看谁能利用最小基因组设计出最有用的微生物。与此同时,他们正在申请syn3.0及其创造过程的专利。

本文译自 Gizmodo,由译者 肌肉桃 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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