科學家對細菌基因組成功實現「重寫」

更新時間:2022-04-02 08:22:52 所屬欄目:基因組 作者:楊玲樂

摘要:本文系生物谷原創編譯,歡迎分享,轉載須授權!近日,在Science雜志上刊登的一篇文章中,合成生物學家報導了一種對細菌基因組進行重新「布局」(rewiring)的突破性研究成果,這項研究報告中,研究人員對大腸桿菌基因組中3.8%的鹼基對進行了「再利用」,并且成功改變了其用途??茖W

本文系生物谷原創編譯,歡迎分享,轉載須授權!

近日,在Science雜志上刊登的一篇文章中,合成生物學家報導了一種對細菌基因組進行重新「布局」(rewiring)的突破性研究成果,這項研究報告中,研究人員對大腸桿菌基因組中3.8%的鹼基對進行了「再利用」,并且成功改變了其用途。

科學家將64個遺傳密碼子中的7個替換成了能夠產生相同組分的遺傳密碼子,遺傳密碼子是可以編碼產生胺基酸的基因序列,同時研究者通過在55個DNA片段中合成DNA就減少了密碼子的數量,而每一個片段都是長為5萬個鹼基對的DNA片段,隨后研究人員利用這些片段重新組裝形成了功能性的大腸桿菌(E.coli)。

盡管如此,來自哈佛醫學院的研究者表示,這是我們向開發具有新型特性的工程化有機體邁出的巨大一步,比如我們開發抵御病毒感染的有機體等。包括George Church在內的多個合成生物學家表示,這項工作為人類基因組計劃的進展提供了一種研究原型,在人類基因組計劃研究中,科學家們的終極目的就是成功合成人類的基因組。

大的改變

研究者Church說道,這項研究表明,這種根本性的重組技術或許是可行的;來自耶魯大學的研究者Farren Isaacs認為,在自然界中將有機體密碼子從64個減少為57個是一項非常大的壯舉,如今我們取得了巨大成功,而這主要表現在我們闡明了遺傳密碼子的可塑性,同時還揭示了如何通過對基因組的重新編碼來從有機體中提取出全新類型的生物學功能和特性。

研究者Church的實驗室和其他研究者此前通過研究發現,他們有可能對大腸桿菌的單個胺基酸進行重新編碼,以便細菌可以插入在自然中找不到的胺基酸分子;而諸如這樣的重編程有機體或許會對病毒感染產生較強的耐受力,因為重組的有機體中不再含有所有自然界生物體中所常見的遺傳機器,而病毒往往會利用有機體中的常見遺傳機器來進行自我復制。這些重編程有機體的制造主要依賴于飲食中合成性的胺基酸,同時其還能緩解科學家們的擔憂,而科學家們會擔心重編程的細菌會「逃離」實驗室并在自然界開始肆虐。

我們所擁有的先進技術

研究者在最新的研究中使用的重編碼過程是一項非常艱難的開發過程,多年前研究者根本不可能看到這種技術,然而在過去10年里,工程學研究和合成性DNA技術的速度大大加快,從而就促進科學家們開展了很多遺傳工程學新技術及研究。

來自華盛頓大學的研究者Marc Lajoie說道,這種遺傳工程學計劃目前正處于前所未有的大規模研究之中,而且如今我們能夠開發出大型完整的合成性基因組,同時我們還能夠將最多的功能性改變引入到合成性的基因組中去。

來自雷格文特爾研究所的研究者Craig

Venter今年3月份宣布,他們以所有不必要的基因被移除的細菌基因組為基礎開發出了一種合成性的基因組,但有機體的基因組在數量級上往往要小于大腸桿菌。如今研究者Church和其同事正在嘗試將重編碼大腸桿菌的DNA片段「縫合」到連續的基因組上,隨后他們將檢測是否這種重組的有機體是否具有生存的能力;Church表示,我們并不清楚這項計劃需要多長時間才能完成,實驗室的其他同事則推測這項研究需要持續數月甚至數年。

參考資料:

【1】『Radically rewritten』 bacterial genome unveiled

【2】Evolution of translation machinery in recoded bacteria enables multi-site incorporation of nonstandard amino acids

Nature Biotechnology doi:10.1038/nbt.3372

【3】Design, synthesis, and testing toward a 57-codon genome

Science DOI: 10.1126/science.aaf3639

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