George Church:可編程的生物學冉冉升起,附四大用途

更新時間:2022-04-02 09:07:15 所屬欄目:基因組 作者:吳博文

摘要:科學家們已經完成了史上最大規模的DNA重組,使得「超人」的概念提前照亮現實。你知道哈佛遺傳學教授GeorgeChurch讓DNA上發生了什么?他讓可編程的生物學冉冉升起,本文盤點了可編程生物學的四大用途。(一)克隆胚胎克隆胚胎大部分人渴望擁有「超人」的力量,雖然這很難,但我們可以

科學家們已經完成了史上最大規模的DNA重組,使得「超人」的概念提前照亮現實。你知道哈佛遺傳學教授George Church讓DNA上發生了什么?他讓可編程的生物學冉冉升起,本文盤點了可編程生物學的四大用途。

(一)克隆胚胎

克隆胚胎

大部分人渴望擁有「超人」的力量,雖然這很難,但我們可以通過完全控制基因組或者遺傳修飾,使我們變得更強、更快、甚至更好看。

那這是否意味著抗病、體重增加,甚至減緩衰老的過程呢?隨著遺傳學家的不斷深入,在未來幾十年里,這是有可能的,未來我們將不只是移除和替換基因,而是重寫整個基因組。

這聽起來有些像科幻小說的情節?不,看看最近哈佛遺傳學家George Church教授和他的同事們合成大腸桿菌基因組的記錄就知道了。

他們更換了DNA的62214個鹼基對,從草稿里設計出了DNA,雖然這還沒有真正帶來了細菌的生命,但這設計出了曾經不存在的東西。

這是迄今為止第一次合成的合成基因組,被譽為基因工程最復雜的壯舉。

Church教授表示,利用這種技術,我們可以創造任何一種我們希望的生命形式,甚至創造出合成的蛋白質和化合物。并沒有參與這個項目的麻省理工學院生物工程師Peter Carr告訴《科學》(Science)雜志,「這是不容易的,但我們可以在深刻的尺度中編輯生命」。

那么,他們到底是如何改寫一個基因組的呢?DNA是由A、T、C和G四個鹼基的排列成的鹼基序列,其中創造一條鏈的雙螺旋結構,稱為RNA。

(二)刪除重復鹼基

鹼基

每個組合相當于一個特定的胺基酸,這是細胞的基本組成。細胞的核酸鹼基讀組合知道哪些胺基酸生產。只有64種可能的組合。當把三個一組稱為密碼子,他們創造了一種胺基酸,一共有20種不同類型的胺基酸。

例如,C-C-G構成脯氨酸,C-C-C也是如此,所以有一些重疊。在這種方式中,遺傳學家可以清除多余的基因,并不影響機體的發展。這正是哈佛遺傳學家的研究所在。

科學家們刪除了其中的重疊部分,從3548個基因中刪除了64個密碼子類型。研究人員用機器來從零開始合成整個片段的RNA,而不是一次編輯基因組一個基因,每一部分都有一些改變;然后他們把這些片段一個一個插入到大腸桿菌的DNA中,確保改變不會破壞細胞。到目前為止,已經測試了63%的編碼基因,很少有引起細胞的任何問題。

研究人員仍有幾年的實驗和測試。不過,遺傳學家都驚嘆于基因組實際上是多么的可塑性。

(三)改造細菌

細菌

在短期內,科學家們對細菌的改造,不會受病毒的前景而感到興奮。

通常情況下,一種病毒通過將自己的DNA添加到宿主的基因組中,感染一種活細胞。這樣,它復制了自己?;蚓幋a生物體(Genetically recoded organisms,GROs)會有一個不同的基因組,病毒就不能讀它,所以不能侵入其DNA,自身也無法復制。

GROs一個可能的用途是制造。通過重寫一個細菌的遺傳密碼,它將會改變蛋白質的組成。合成的細菌可以成為「活工廠」,可以進行編程,生產任何期望的胺基酸。然后,這些胺基酸產生甚至是藥物的下一代合成材料。這種設計的細菌也可以成為未來科學研究的可靠試驗對象。

Church教授的實驗在過去一直是有爭議的。其中一個問題是,這種技術是否是100%的安全。值得關注的是,被編碼的細菌能產生毒素。

因為被編碼的細菌可抵抗病毒,它將在環境中具有競爭對手沒有的優勢。如果說它變得松散,它可能會導致生態破壞,甚至造成下一個大瘟疫。為了克服這種擔憂,Church教授和同事們已經在系統中建立了一些安全措施。

一種特殊的營養必須被餵養到這些細菌,否則它們會死掉。除非它們在環境中發現了這一營養,Church教授說這是不可能的,因此它們將無法生存;另一個故障安全是細菌在實驗室外無法交配或繁殖。但其他專家不知道Church教授的安全實際。

(四)確定人類基因組模型

人類基因組模型

科學家的下一步計劃是是進一步測試已取得的人工基因。而后Church教授和同事們將採取同一個基因組,并用其產生一個全新的有機體。

由于DNA是地球上幾乎所有生命的基本藍圖,能夠重寫「DNA」的人類,似乎擁有上帝般的權力,不過這種能力也許得等到幾十年后了。

即使如此,結合基因編輯和基因修飾,一個超級人類種族的想法將在「情理之中」。

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