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构建第一个设计师酵母染色体打开了重新设计细胞的大门
发表日期:2019-05-19 23:20| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:多年来,揭开遗传过程复杂根本的奥秘面纱不断是生物学家的看,不接触的勤奋。遗传物质和细胞内指点这些过程的复杂机制是微妙和复杂的。现实证明,窜改这些元素很坚苦,既能够改变和跟踪细胞,也能够将细胞传送给细胞。 在本月的三月基因组进展中,我们领会到

  多年来,揭开遗传过程复杂根本的奥秘面纱不断是生物学家的“看,不接触”的勤奋。遗传物质和细胞内指点这些过程的复杂机制是微妙和复杂的。现实证明,窜改这些元素很坚苦,既能够改变和跟踪细胞,也能够将细胞传送给细胞。

  在本月的三月基因组进展中,我们领会到科学家们若何敢于从头设想一种酵母 - 酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae) -自古以来就不断有助于酿酒,烘焙和酿造。研究人员选择从头设想一些酿酒酵母基因组,酵母的完整遗传物质。在利用计较机模仿对一段酵母基因组上的基因进行切割和改组之后,他们建立了一个能够按照号令从头陈列的更滑腻序列的蓝图。科学家们按照模仿参考序列的图谱将很多核苷酸(DNA的根基建立模块)拼接在一路。最终成果是一种名为synIII的合成染色体,当插入宿主酵母细胞时其功能一般。

  科学家曾经建立了合成细菌和病毒基因组,但从未成功地从更复杂的细胞如酵母中建立染色体。与科学家称为原核生物的更简单的细菌分歧,真核细胞的基因组更大,更复杂; 他们的DNA被紧紧地扭曲成多个称为染色体的小包装。另一方面,细菌凡是只含有一个慎密的DNA环,因为其布局更简单,体积更小,因而凡是更容易利用和复制。

  synIII染色体是复杂细胞中第一个完全由人造设想的染色体。这标记着本研究背后的国际团队的一个主要里程碑,他将利用这些方式建立一个完整的合成线(,从头起头建立一个完整的人工酵母基因组,植入宿主细胞。

  酿酒酵母被研究人员用作模子生物,寻求关于更复杂细胞中基因之间彼此感化的谜底。的酿酒酵母基因组包罗约6000个基因,此中发生具有类似功能的更复杂的细胞,包罗那些在多细胞生物体像人类的卵白质。酿酒酵母

  中的6,000个基因中约有5,000个曾经发觉基因组是“非必需的” - 也就是说,酵母即便在这些基因发生突变以便无功能时也能存活(研究人员通过察看基因在零丁封闭时的表达来确定)。虽然大大都酵母的基因都长短必需的,但它们可能具有选择性的劣势,使它们可以或许持久具有。在将synIII染色体整合在一路时,研究人员试图在确定多种基因彼此感化后,确定哪些个别非必需基因能够平安删除。

  Jef D. Boeke博士和他在巴尔的摩约翰霍普金斯大学(JHU)的团队利用计较机从头陈列和删除了没有编码卵白质的额外DNA片段。他们画了一幅粗略的草图,申明在改变原生染色体的长度后,他们想要的合成染色体可能会是什么样子,导致基因在用一种叫做雌二醇的激素医治时“争抢”。这使得该团队可以或许节制酿酒酵母基因组的进化和大小削减。

  以模仿的synIII模子为参考,加入JHU“Build-A-Genome”课程的本科学生利用DNA建立块拼集更大的DNA串(称为minichunks)。其他人工DNA序列用于追踪非必需基因,由于它们被添加到合成染色体中。在将11个新基因插入宿主酵母细胞后,较小的流线型synIII序列就是残剩的。

  虽然预测的序列与所得的synIII之间具有一些细微的差别,但植入人工染色体的酵母菌削发展敏捷,而且与未润色的酿酒酵母菌落一样具有遗传不变性。它们根基上没有区别。

  虽然这项研究的一个次要方针是建立一个可能被删除的基因目次,同时仍然答应酵母在特定前提下存活,但研究团队在抢夺个体非必需基因时面对挑战。该团队需要进行一些点窜以获得对重排的更大节制,但基因组生物学家此刻能够设想和建立人造真核染色体这一现实是设想师基因组科学中的主要一步。

  Boeke博士和他的团队曾经证了然在不影响其保存和繁衍能力的环境下完全革新酵母基因组的可行性。当他们继续合成剩下的15个酵母染色体时,我们将看到将来我们若何在更复杂的生物体中从头设想基因组。除了这项手艺在工业中的明白使用 - 酿酒酵母可用于出产生物燃料 - 有一天我们可能设想和植入合成的人类染色体作为基因疗法,或者以至可能代替完整的基因组来修复惹起疾病的突变。

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