基因組編寫計劃完全可能顛覆我們的生活

更新時間:2022-04-01 16:23:45 所屬欄目:基因組 作者:王俊政

摘要:合成基因組的想法最早可追溯到2016年,其誕生得到了「秘密會議」近乎歇斯底里的歡迎,同時也收到了可怕的警告:一些傲慢的科學家可能會從頭人工合成人類基因組,甚至做出定制嬰兒。但它的第一個生日卻因另一個事實而略顯暗淡,那就是其最終獲得的1億美元的籌款比最初公開設定的目標少了9955萬

合成基因組的想法最早可追溯到2016年,其誕生得到了「秘密會議」近乎歇斯底里的歡迎,同時也收到了可怕的警告:一些傲慢的科學家可能會從頭人工合成人類基因組,甚至做出定制嬰兒。但它的第一個生日卻因另一個事實而略顯暗淡,那就是其最終獲得的1億美元的籌款比最初公開設定的目標少了9955萬美元。

但兩年后,一項野心勃勃的合成基因組計劃(包括人類基因組)雖然開局不順,卻也逐步進入到創造優于自然狀態基因組的工作軌道中。本周二,有約200名科學家參加了在波士頓舉行的「基因工程-編輯「大會,大會宣布了他們的第一個目標:創造無法被病毒感染的細胞,當然,也可能同時抵御其他致病物。

紐約大學朗格尼醫學中心系統遺傳學研究所所長、國際基因組編寫計劃的四位領導人之一Jef Boeke說:「我們完全有理由相信,完全抵御所有已知病毒的細胞是可以被生產出來的,針對阮病毒、癌癥等的其他抗性同樣是有可能被設計出來的?!?/p>

同時,基因寫手們也得到了商業合作伙伴的大力支持,總部位于巴黎的Cellectis公司在周二宣布,他們將向哈佛大學的George Church(國際基因組編寫計劃的共同領導者)提供基因組編輯工具TALENs以供其實驗室開展創造可抵抗病毒及阮病毒的人源細胞的科研項目。Cellectis的執行長Andre Choulika向STAT解釋道:「這種細胞將可以被用作universal

CAR-T細胞的原材料「。如同現在流行的CAR-T療法,腫瘤殺傷免疫細胞的原材料同樣是從健康捐獻者那里獲得,而并非來自患者。

國際基因組編寫計劃是建立在原先的人類基因組計劃之上的,人類基因組計劃幫助我們閱讀了人類基因藍圖中的30億個鹼基對。大家都想問國際基因組編寫計劃到底能做什么,Boeke的解釋是:「有一個具體的目標就是好事?!溉绻@個目標能由眾多實驗室共同完成,并且這些實驗室都能獲得基金支持,那么超安全人類細胞之于再生醫學中的干細胞療法而言將具有重要的意義,其重要性就好像巴斯德滅菌法之于牛奶一般。

對病毒和更多病原的抗性的實現過程我們稱之為重編碼,它依靠的是基因編碼(密碼子決定蛋白質)的冗余性。每三個DNA鹼基構成的序列稱為一個密碼子,用于編碼產生特定的胺基酸。例如,CAG編碼谷氨醯胺,AAA編碼賴氨酸,TGG編碼色氨酸。成百上千的胺基酸連在一起形成蛋白質,比如胰島素、膠原蛋白、肌萎縮蛋白、肌球蛋白以及其他數以千計構成生命體的蛋白質。

雖然四種DNA分子的排列可以有64種組合,但是生命體中只有20種胺基酸(包含一種終止碼)。生命體可以只根據一個密碼子便找出對應的胺基酸。以纈氨酸舉例,重編碼意味著我們可以選擇GTT三重態,基因組中出現三個冗余態中的任意一個(GTC、GTA或GTG),都用GTT替換掉。

Boeke說:「重編碼意味著每用一個密碼子替代另一個密碼子,便有效的從「遺傳密碼「的列表中刪除掉一個密碼子?!?/p>

但這又是何苦呢?Boeke向我們解釋道:「因為病毒的基因也包含了冗余密碼子。如果一個病毒進入到一個細胞,如往常一般試圖奪取細胞的遺傳系統來為自己生產更多的病毒,他將會因為密碼子不匹配而被卡住?!覆《救舾腥具@類重編碼過的細胞會發生什么呢?-細胞將無法產生病毒蛋白,進而無法生產更多的病毒,「這就是病毒抗性」。

當Church和他的同事將大腸桿菌中一種冗余密碼子的所有321處均進行替換后,細菌開始對T7噬菌體產生了抗性。Church的實驗室在2016年將實驗更進了一步,在大腸桿菌近半基因組中替換了7種冗余密碼子,共修改62214處。Church曾說過,他的目標是在十年內造出抗病毒人源細胞,而整個國際基因組編寫計劃需要在人類的兩萬個基因中進行至少40萬處的修改。

這就是為什么國際基因組編寫計劃的領導者們堅持重寫基因組而不是用CRSISPR這類工具對基因組進行編輯修改。

Boeke說:「我們并不排斥CRISPR。事實上,我們很喜歡它并且也一直在應用它進行工作,但是我們現在談的可是極大規模的工作量。就如同寫一本短篇小說,如果我們需要改寫的基因組區域大到了一定程度,那還不如重寫算了?!?/p>

對基因組而言,這意味著一個一個地合成核苷酸并最終連在一起形成DNA序列

現在還沒有能快速而廉價完成此任務的技術?,F有技術條件下,每合成10個DNA鹼基對就要耗費1美元,這意味著需要耗費3億美元來合成人類基因組的30億個鹼基對。國際基因組編寫計劃團隊對此表現得非常自信,他們認為這樣的宏偉工程也可以推進創新,最終能使合成成本降低1000倍。

它指出抗病毒細胞可以被應用于利用倉鼠細胞制作生物制品的過程中,這將使得細胞工廠不會被污染,這種污染往往會造成數十億美元的損失,對制造商來說可是件非常頭疼的事。植物基因組可能也可以被改寫成抗病毒的,「這是基于人類去中心化思想提出的想法,「Boeke指出。

如果重編碼后的人類細胞可以抵抗獲得性免疫缺陷病毒、肝炎病毒、流感病毒以及其他所有病毒,那么這將會成為干細胞療法的根基。

細胞同樣可以通過重編程減少其癌變的風險?;蚪M中最不穩定的鹼基便是C和G,他們的突變率很高,有時這些突變會誘發癌變。許多胺基酸編碼的密碼子中包含C和G。如果他們都被同義密碼子替換掉,則細胞將永遠只會產生正確的胺基酸而減少癌變風險。

Boeke說:「如果我們能有癌變率更低的選擇,我想大多數人都會毫不猶豫地選擇它吧?!?/p>

Church曾說過他希望最終能合成所有的人類基因,而現有技術最多可將200個鹼基對拼接在一起。并且,由于對受精卵基因編輯的恐懼,國際基因組編寫計劃的進展可謂艱難。雖然項目領導者們并不承認他們有此想法,但如果有人真想涉及這一方向,那么高居周二日程前列的將是來自國際基因組編寫計劃工作組關于編寫基因組倫理學探討的報告了。

本文來自:環球科學

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