科學家研製出人工染色體

研究人員已經成功地於試管中製成一個完整的染色體。這在合成生物學上是一個里程碑----因為從基因的角度來看，酵母與人類的相似之處可能超過我們所預料的。

 

 （德國之聲中文網）一個國際研究小組在實驗室中制出了含細胞核的染色體。作為首個人工酵母人工染色體，它僅含有16條染色體中的一個——即三號染色體，擁有27萬個鹼基對，並能賦予發麵酵母新的功能。

發麵酵母與人類有親緣關係

人們可以採用這種酵母烤麵包，製作葡萄酒，或者釀造啤酒。但這麼做太奢侈了。因為這種來自位於巴爾的摩的約翰·霍普金斯大學的酵母含有一種染色體，它完全是在實驗室中製成的。二十幾名科學家和超過六十位大學生為此花了四年左右的時間。

項目創始人耶夫·伯克（

）解釋說為什麼會選擇酵母，因為它們的遺傳物質和高等生物的構成類似。酵母雖然是單細胞真菌----即一種微生物----但是，作為所謂的真核生物，它像植物，動物和人類一樣，擁有一個細胞核。從基因的角度來看，酵母和人類有著比和細菌更加密切的親緣關係。三號染色體雖然比所有的人類染色體都小，但是就原理而言，是一樣的。

 

 

發麵酵母——人類的親戚？

前身是人造細菌

在2010年5月，生物科學家克萊格·溫特（

Craig Venter）就大膽地向世界第一次宣布，首個其遺傳物質在實驗室中被完全製成的有機體已經出現。它是一種被稱為支原體的小細菌。這雖屬合成生物學上的一個突破，但是對生物技術而言，這麼微小的細菌並不能引起注意，它會被選中，僅是因為它的基因組成是最小的。大概在同時間，耶夫·伯克開始打造自己的「酵母組織」。

酵母作為小型生化工廠

對於許多科學家來說，酵母項目比克萊格·溫特的細菌更加重要，因為酵母對生物技術而言，有著極為重要的意義。酵母細胞在一個大型的不鏽鋼發酵罐中生產----類似一個反應堆----已經有藥物如抗瘧疾藥物青蒿素，或針對肝炎的疫苗。今天，包括甜味劑，用以補充營養成分的產品，或者化妝品，已經由轉基因的麵包酵母製成。此一行業最大的「未來工程」是從植物原料中提取

生物燃料。在這個項目上，酵母不是要把糖分轉化為酒精，而是要把難以消化的纖維素直接轉化為生物柴油，或者噴氣燃料。目前，從酵母轉化的生物燃料還不具備市場競爭力，但是長遠來看，這可是一個可以創收巨大的市場。

設計而非複製

通過對生物技術的考慮，耶夫·伯克從一開始就計劃，不是僅僅簡單地複製酵母基因組而已----他想要的是對自然遺產的修訂版本。研究人員的目標是，為發酵罐研製一種超級酵母，不過這種酵母若離開實驗室和生物技術設施則無法生存。此外，這種酵母得是對不同的基因方面的進一步發展的基本支架。在人工組裝的遺傳物質那裡，來自植物或者動物的不同的基因應該可以聯接。耶夫·伯克因此稱他的產品為「染色體設計師」。

紙牌遊戲般的遺傳學

 

 

負責紐約大學基因研究機構的耶夫·伯克教授

為了使人工染色體可以簡單快速地被改變，耶夫·伯克和他的同事在遺傳物質中植入了特殊的識別序列。共98個重要基因分列兩側。藉助它們的幫助，遺傳信息現在可以像紙牌遊戲一樣，反覆重新混合。如果酵母將基因，即遺傳物質組裝完畢，會包含5000個這種識別序列。通過不斷的混合，遺傳物質就等於處在一種快動作的進化中，在此，遺傳材料會被不斷改變，直到合適為止。

15個染色體還在試驗之中

然而，人工製造三號酵母染色體僅僅是一個開始。要組合一個完全的酵母基因組，還需要在實驗室中把15個酵母染色體組成在一起。這一共是兩千萬個遺傳構建塊。三號染色體在整個酵母基因組中，只不過佔1.5 ％而已。餘下的工作至少還需要四到五年的時間。只是一個酵母，離合成生物學的目標當然還很遙遠。

先造酵母，後造人？

人或者別的哺乳動物，擁有比麵包酵母大約多150倍的遺傳信息。存儲遺傳信息的原理卻是一樣的。如果誰可以把30億個基因組合正確地組合，並由此建立染色體，他也就可以在實驗室中創造或者修改一個人----比如一個尼安德特人。當然，這不是計劃之內的。但是一頭大象，通過基因遺傳與轉換變成一頭長毛象，卻屬於科學界樂意探討的範圍中。

作者：Michael Lange 編譯：簡如

責編：謝菲

推薦閱讀：