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美科学家合成最小基因组:向生命之谜迈进一步

2016-04-04 19:20:00 来源: 新浪 作者:
摘要:资料图:基因双螺旋结构CG模型图。(资料图片)  参考消息网3月26日报道 外媒称,美国科学家抽丝剥茧,将生命形态回归其本质——他们通过人工合成创造出了一种细菌。这种细菌拥有

资料图:基因双螺旋结构CG模型图。(资料图片)
资料图:基因双螺旋结构CG模型图。(资料图片)

  参考消息网3月26日报道 外媒称,美国科学家抽丝剥茧,将生命形态回归其本质——他们通过人工合成创造出了一种细菌。这种细菌拥有生长繁殖所必须的最低限度的遗传信息。

  英国《金融时报》网站3月24日报道,由基因学先驱克雷格·文特尔带领的研究人员制造出了Syn3.0,即“最小合成细菌细胞”。这是他们在2010年创造的Syn1.0的升级版。Syn1.0是首个由研究人员在实验室中利用化学物质合成其基因组的活细胞。

  研究人员希望,Syn3.0能够提供一个平台,让合成生物学家出于特定目的——如生产药物或生物燃料——向之添加基因。不过创造Syn3.0的更直接目的是为了更好地了解生命的基本生化机理。

  文特尔表示,由美国《科学》周刊发表的这项研究揭示,人类在生物学知识方面存在“令人吃惊的”空白。

  研究小组最初的思路是利用科学文献中的信息来设计一个最小细菌基因组,但以失败告终。他们转而研发基于丝状支原体的Syn3.0,通过逐个剔除并观察结果的方法来搞清丝状支原体901个基因中有哪些是不可或缺的。研究小组将非必要基因一一剔除,最终得到了473个生长复制所必需的基因。

  随后,研究人员在实验室中合成了由473个基因进行编码的基因组,并将其移植到另一种细菌山羊支原体中,该支原体自身的DNA已被移除。合成基因组接管了宿主细胞的生物学运作,并产生了一种强壮的细菌。

  法新社3月24日报道称,美国科学家在实验室中创造出了能够在自然界中生存的最小基因组。这一基因组包含的必要基因足以维持机体运转及自我复制,这是人类向解开生命创造之谜迈出的一大步。

  与人类携带的两万个基因相比,这个名为Syn3.0的人造细菌基因组仅有473个基因。

  首席研究员、人类基因组排序先驱克雷格·文特尔与克莱德·哈钦森及同事,尚未确定其中149个基因的具体功能。不过,研究人员在其他生物体中发现了数个潜在同源基因。这表明,这些基因对功能待定的通用蛋白进行编码。

  文特尔解释道:“回答关于生命基本问题的唯一方法就是获得最小基因组。而这么做的唯一方法或许就是尝试人工合成一个基因组。”

  于是科学家们将目光对准了支原体,因为这是在能够自我复制的细胞中,已知的拥有最小基因组的细菌。

  文特尔说:“假若你对飞机一无所知,现在要研究一架波音777,你试着通过移除飞机零件而找到它们所对应的功能。你将右翼的引擎移除,飞机仍能正常起飞降落。那么你就可以得出结论,这个东西是非必要零件,而在你移除另一个引擎之前,你都无法察觉到它的重要性。这就是生物学领域不断上演的一幕,即我们最初认为的非必要成分可能是成对基因中的一个,直到我们将它的对应物移除后,才能发现它的必要性。”

  研究得到的一个关键结论就是,某些最初被划为“非必要”的基因,实际上作为第二基因也执行了同样重要的功能。这就意味着,在最小基因组中,我们必须保留成对基因中的一个。

  最小基因组不包括能够修改和限制基因组的基因,而且也没有编码脂蛋白的大多数基因。不过,最小基因组囊括了几乎所有参与读取和表达遗传信息、以及跨代保存遗传信息的基因。



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