| 设为首页 | 加入收藏
科学家人工合成最小细菌:基因合成生物体成可能
2016-03-30 09:13    杭州网

科学家合成了一个细菌基因组,只包括生命所必需的基因

  北京时间3月29日消息,据国外媒体报道,科学家在实验室中制造了一个人工细菌基因组,只包括生命所需的最少量基因。这一成果使得为了特定任务——如清除石油——而定制基因组的合成生物体成为可能。

  这种人工细菌能够代谢营养物质并自我复制(分裂和增殖)。它只具有473个基因,相比之下,自然界中的细菌往往具有数千个基因。不过,研究团队目前还不知道该基因组中149个基因的确切功能。

  “我们展示了生命可以有多么复杂,即使是最简单的生物体,”克雷格·文特研究所(J. Craig Venter Institute,JCVI)的创始人兼首席执行官克雷格·文特说,“就这一层面而言,这些发现还是非常粗陋的。”这项研究便是由克雷格·文特研究所的团队完成。

  故事得从一类被称为支原体(Mycoplasma)的细菌说起。这类细菌具有自然界中最小的基因组,往往会寄生在人类和其他哺乳动物体内。克雷格·文特称,他和该研究的另一位作者,同样来自JCVI的克莱德·哈钦森(Clyde Hutchison),曾经在20世纪90年代就讨论过如何回答生命功能的基本问题。他们的结论是,有必要打造一种基因组尽可能小的人工生命。

  1995年,其他研究者也想到了这种人工生物体的必要性,并估计最小也需要156个基因。这一结论被证明是错误的。JCVI的研究团队使用丝状支原体(M. mycoides)的基因组来制造细菌。这种细菌的基因组于2010年合成成功,成为第一种使用人工基因组自我复制的细胞。克雷格·文特研究所将这种细菌称为“syn1.0”。不过,这种细菌的脱氧核糖核酸(DNA)中具有110万个碱基对,共901个基因。

  研究团队最新制造的细菌具有531000个碱基对,共473个基因。为了减少基因的数目,团队使用syn1.0的基因组作为模板,设计了一组可能的细菌基因 组,并将它们分解为更短的片段。为了找出哪些基因对生命是绝对必需的,科学家插入了转座子的基因序列,从而干扰某个给定基因的功能。如果经过这一过程的细 胞还能存活,那就可以认为这种基因是非必需的,然后就可以将其剪掉。相反,如果细胞因此死亡,就意味着被干扰的基因是必需的。

  克雷格·文特称,现实中的工作并没有如此简单。有时候单独一个基因可以被移除,但是当它与另一个基因在一起时,就变成了必需的基因。文特用飞机来打比方:“如果你对飞机一无所知,那么当你看一架波音777的时候……你移走右机翼,这架飞机还可以起飞和降落,这时候你可以说它不是必需的,而只有当你将第二个机翼移走时,你才会真正意识到它的必需性。”

  最终,研究团队合成了一个可以移入另一个支原体细菌(原先的基因组被移除)的基因组,新的细胞可以像正常细胞一样生长和存活。他们将这一细菌命名为syn3.0。

  研究人员补充道,生命所必需基因的最低数量并不是固定的,而是取决于最初所用的生物体。例如,如果一开始用的藻类物种,那所得到的结果就将非常不同。哪些基因是否必需还可能取决于细胞或细菌所处的环境。

  举例来说,在生殖器支原体(Mycoplasma genitalium)的早期工作中,培养基同时含有果糖和葡萄糖。在这样的环境中,敲除一个运输果糖的基因不会有什么影响,敲除运输葡萄糖的基因也没什么影响。但是,如果两个基因都被敲除,那细胞就会死亡。因此,基因的必需性并不是一个“非全有即全无”的问题。

  哈钦森是该研究的第一作者,也是JCVI的知名研究人员。他指出,最小基因组可能还取决于人们想要细胞做的事情——一个在黑暗中发光的细菌所具有的最小基因组就与其他细菌不同。“存在着许多最小基因组,”文特说道。

  Maria Lluch Senar是西班牙巴塞罗那基因组调控中心(Center for Genomic Regulation)的研究员和生物技术学家。她表示,文特研究所的成果令人兴奋,因为他们揭示了一种新的设计基因组的方法,比目前流行的尝试试错法快得多。“通过这种方法,你可以鉴别出想要的最小基因组,”她说,对于给定的功能,“用这种技术,你可以定义最好的DNA片段组合方式……你可以后期再重新组合,生成能够被检测到的不同分子。”

  “理论上,我们可以插入成套的基因,本质上创造出任何生物体,”文特说,“这将成为一种重要的实验工具。”也就是说,该技术具有非常广阔的前景,可以用来制造出用于特定目的的细菌,从吞食石油到制造生物燃料。

  共同作者、文特研究所的助理教授丹·吉布森(Dan Gibson)说:“我们的长期目标是设计并制造出合成生物体,满足你所需的特定功能要求,并预测出最终的效果。”他还补充道,这种最小的人工细胞,将为你所需的工作提供最大的能量,而且具有更少的突变可能,并更容易进行基因工程改造。

  添 加成套基因的方法或许还能帮助我们了解某些细菌演化的方式,甚至是更广泛的生命演化方式。哈钦森说:“我们可能会剪刀一些发生在演化早期的过程。但是,支 原体基因组之所以小,并不是因为它们原始,而是因为它们从一个有着几千个基因的细胞演化而来,它们丢失了那些在它们所处环境中不需要的基因。”

  克雷格·文特说,研究计划还将继续在合成基因组中添加基因,以确定那些未知基因的功能。“我们想要达到的是百分之百理解这种生物的基因,而不是只理解66%。”

推荐阅读:

你被追踪了吗,手机定位如何解除

互联网金融骗局揭秘

手机发烫原因与解决办法

诺基亚回归手机市场

液晶显示器选购指南

代工厂倒闭潮现象观察

摄影教学:微距拍摄技巧

手机辐射究竟有没有危害

自拍技巧大全

电脑、手机系统升级教程

 

来源:新浪科技    作者:任天    编辑:陈俊男    

上一篇: 俄罗斯削减航天经费 登月计划推迟五年

活 动

更多>>

三星Galaxy S7 edge/S7 正式发售

    3月18日,“不爱疯,爱不一样”的三星盖乐世 S7 edge 和S7正式在中国地区全面发售!

Apple Pay苹果支付进入中国

    苹果Apple Pay于2月18日正式入华。中国正式成为亚洲首个开通Apple Pay支付业务的国家,也是全球第五个

专题:2015双十一全球狂欢节

    时间一晃,今年已经是第七个“双11”了。从2009年开始,每年的11月11日以天猫、京东、苏宁易购为代表

曝光台

更多>>

亚马逊单方面取消订单惹不满

    多位消费者反映,几天前在亚马逊网站购买一款94元的扫地机器人后,却被单方取消,亚马逊方面

网站简介 | 关于我们 | 广告服务 | 建站服务 | 帮助信息 | 联系方式

增值电信业务经营许可证:浙B2-20110366 | 信息网络传播视听节目许可证:1105105 | 互联网新闻信息服务许可证:国新网3312006002
网络文化经营许可:浙网文[2012]0867-091号 | 工信部备案号:浙ICP备11041366号-1 |  浙公网安备:33010002000058号
杭州网(杭州网络传媒有限公司)版权所有未经授权禁止复制或镜像
法律顾问:浙江智仁律师事务所律师 马宏利
Copyright © 2001 - 2015 Hangzhou.com.cn All Rights Reserved