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全球 200 多位科学家人工合成酵母染色体目的究竟为何?
发表日期:2019-05-26 00:39| 来源 :本站原创 | 点击数:
本文摘要:生物工程学家正在试图再造酵母基因组,以理解其演化过程。 演化生物学家 Stephen Jay Gould 已经思索:若是将生命演化的过程像磁带一样倒带并从头播放,那将会发生什么呢?通过从零起头再造染色体,合成生物学家查验了古尔德的部门设想。他们在酵母中插手了

  生物工程学家正在试图再造酵母基因组,以理解其演化过程。

  演化生物学家 Stephen Jay Gould 已经思索:若是将生命演化的过程像磁带一样倒带并从头播放,那将会发生什么呢?通过从零起头再造染色体,合成生物学家查验了古尔德的部门设想。他们在酵母中插手了人工合成的染色体,并察看颠末革新的生物体能否还能一般阐扬功能。

  按照 3 月 9 日颁发在《科学》期刊上的七篇论文的结论,谜底是能。这些论文描述了五条再造酵母染色体的合成、检测和改良过程。加上另一个先前合成的染色体,这六条染色体占酿酒酵母基因组的三分之一以上。一个由跨越 200 位研究者构成的国际研究结合体合成了这些染色体,估计将在本年岁尾前建立出完全合成的完整酵母基因组。

  团队目前实现的功效或将有助于优化微生物的建立,推进出产酒精、药物、香精或燃料,且为相关基因组演化和功能阐扬的后续研究供给了指点。

  美国 Amyris 生物手艺公司的结合创始人 Jack Newman 暗示:“令人惊讶的是,这些研究者晓得若何在设想 - 建立 - 测试 - 进修周期中对基因组进行调整,而不只仅是合成基因组。”他弥补说,研究者采用了雷同于计较机科学家在试图理解十年前编写的代码时会利用的方式,但此刻面临的是履历了数百万年演化的基因组,要完成这项使命愈加坚苦。酵母发源于 5000 多万年前,酵母属(Saccharomyces)在这一期间从其他真菌平分出来。

  2010 年,遗传学家 Craig Venter 和他的团队发布了首个合成基因组:丝状支原体(Mycoplasma mycoides,一种寄生细菌的原核生物)基因组的一个精简版。四年后,一支由纽约大学朗格尼医学核心的酵母遗传学家 Jef Boeke 带领的团队合成了一个酵母染色体——酵母属于更为复杂的真核生物,动物、蠕虫和人类也属于真核生物。

  Venter 的方针是合成出能维持生命的最小基因组,但 Boeke 想要摸索的则是相关演化的根本问题,好比酵母菌可否通过其它路子演化出来。他把这一问题转化成了一个能够通过合成生物学方式验证的假说:要让生物体仍能一般运转,人们最多能对基因组进行几多改动?

  为了寻找谜底,Boeke 将酿酒酵母的 16 个染色体分派给了各个合作者团队,他们别离来自美国、英国、中国、新加坡和澳大利亚等国度。每个团队都需要建立出一个不变、可演化,且能包管酵母一般运转的染色体。

  团队利用了计较机法式来设想各自分派到的染色体的遗传编码。他们删除了天然酵母染色体中的一些序列,好比基因组中的反复部门,但愿能加强合成基因组的不变性,并在合成的染色体中插手了一个仿照随机变异的机制,以驱动演化。这个加扰系统被触发时,就能随机重组、复制和删除基因。

  巴黎巴斯德研究院研究人员带领的团队记实下了合成酵母细胞核中猛烈的布局变化——与此同时,合成酵母菌仍在健壮发展:出产卵白质和繁衍。Boeke 暗示:“看起来,就算我们无所不消其极地‘熬煎’酵母基因组,酵母往往仍是会毫不在乎地一般发展。”

  结合体中的一些团队开辟出了能快速识别合成染色体中的错误的手艺。而天津大学的研究者带领的团队则优化了去除染色体遗传序列中错误的方式,此中一个方式用到了 CRISPR-Cas9 基因编纂东西。

  “他们在该染色体中合成了 536,024 个碱基对,但只用 CRISPR 处置了此中的 45 个,这一点是令人耳目一新的,”哈佛大学的遗传学家 George Church 说,“这让人感受这项手艺也许是生物学范畴的下一个严重冲破。”

  他暗示,基因组合成不太可能代替 CRISPR 如许的东西——CRISPR 使科学家得以在生物体中添加或删除无限数量的基因;但在需要复杂遗传变化的使用中,基因组合成可能会更受青睐。这些使用包罗建立出能出产香精和其它材料的酵母和其它微生物。举例来说,依赖于这些微生物的制造商能够利用合成基因组方式来加强它们对无害病毒的抵当力。

  “若是从头编码这些 [微生物] 菌株,然后再把它们放归去,病毒就拿它们毫无法子了,”Church 说。“这就像是穿越回到中世纪,把氢弹给一个国度。”

  一些团队曾经起头合成大肠杆菌等物种的基因组以及人类的基因组了。Boeke 有决心在岁尾前建立出一个完全合成的酵母基因组。他的团队曾经合成出了其它一些染色体,正在对它们进行纠错和检测。

  这一团队的最新功效将会激励其他研究者心怀弘远。Church 说:“(Boeke 团队的研究者)曾经在遗传编码中激发了庞大的改变,这能激励其他科学家更进一步。”

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