科學家徹底改寫細菌基因組

科學家徹底改寫細菌基因組

成功減少大腸桿菌遺傳密碼子

科學家繼續修補大腸桿菌基因組。圖片來源：BSIP/UIG Via Getty Images

本報訊合成生物學家日前報告了迄今為止意義最為深遠的一項細菌基因組重寫結果。這一進展包括重新利用了大腸桿菌3.8%的鹼基對。

研究人員在8月18日出版的美國《科學》雜誌上發表了這一研究成果。

研究人員換下了大腸桿菌64個遺傳密碼子（為氨基酸指定遺傳代碼的序列）中的7個。他們如今能夠通過在55個片段（每一個片段的長度為5萬個鹼基對）中合成脫氧核糖核酸（DNA）從而減少遺傳密碼子的數量。研究人員還將這些碎片組裝到一個有功能的大腸桿菌中。

除此之外，由美國馬薩諸塞州波士頓市哈佛醫學院科學家率領的研究團隊表示，這項研究是推動設計具有新屬性的生物體的重要一步，例如抵抗病毒的傳染性。

包括該醫學院George Church在內的合成生物學家說，這項工作同時也被視為「人類基因組項目——書寫」的原型——科學家打算利用該項目人工合成一個人類基因組。

Church表示：「這項研究是一個示範，表明此類徹底的再造工程是可行的。」

並未參與該項研究但之前曾與Church合作進行重編碼工作的康涅狄格州紐黑文市耶魯大學合成生物學家Farren Isaacs表示：「將遺傳密碼子從64個減少至57個戲劇性地違背了自然界中已有的規律。」他說：「這是向前邁出的重要一步，證明了遺傳密碼的延展性，以及全新類型的生物功能和屬性如何通過重新編碼的基因組從生物體中被提取出來。」

Church的研究團隊和其他科學家之前發現，在大腸桿菌中重新編碼單個氨基酸是可行的，從而可以使這種細菌包含在自然界中不存在的氨基酸。這樣形成的重編程生物體對病毒性感染具有高度抵抗力，這是因為它們不再含有病毒生存所需的所有自然生物體共有的遺傳機制。它們的製造同時還可以完全依賴於其食物中的合成氨基酸，從而減少了對重新編碼的細菌能夠逃出實驗室並在野外肆虐的擔心。

在這項最新研究中使用的再編碼技術是一個艱苦的過程，並且這僅僅在幾年之前還是不可能的。在過去10年中，遺傳工程以及人工合成DNA研究的迅猛發展使得更多雄心勃勃的遺傳工程項目成為可能。

曾在Church實驗室參與該項研究、如今在西雅圖市華盛頓大學任職的合成生物學家Marc Lajoie表示：「這個項目具有前所未有的規模，這是有史以來完成的最大的完全人工合成的基因組，並且是迄今為止被引入一個基因組的最具功能性的變化。」

由加利福尼亞州拉荷亞市J. Craig Venter研究所的基因組企業家Craig Venter率領的研究團隊在今年3月曾宣布，他們已經基於一個細菌基因組創建出了一個人工合成的基因組，同時去除了所有不必要的基因。但是這一生物體的基因組卻比大腸桿菌小了一個數量級。

Church和他的研究團隊如今正在嘗試將他們的重編碼大腸桿菌的DNA片段縫合到一個連續的基因組中。隨後研究人員會測試這個再造的生物體是否具有生命。Church表示他並不清楚這項研究要花多長時間；他的實驗室成員估計其時間可能為4個月到4年。

Isaacs表示：「這將需要巨大的努力，但它看起來是能夠實現的。」

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