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人工合成最小细菌 [热词榜]
小艾 2016-03-29 10:48:29

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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

“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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

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。”JJi我酷网

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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

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。JJi我酷网

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—JJi我酷网

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