熱點早看 這是一種全新的生命形式嗎?劍橋大學的研究者稱,他們用一套完整的人造基因組替換了大腸桿菌的所有天然基因,而且與通常需用到64個密碼子構成基因組不同的是,他們的人造基因組只用到了61個密碼子。 他們認為,這「省下」的密碼子將來可用於擴充套件人造材料的特性,比如改善防彈衣材料效能等。 在倫敦郊外Jason Chin的實驗室中,一群大腸桿菌在撒有營養的肉湯的塑膠小盤子裡快樂地吃喝、幸福地繁殖、自由地呼吸著,它們看上去很普通。 但它們與地球上的其他生物有著本質的不同。 科學家們對這群大腸桿菌的基因進行了重新編輯,獲得了有史以來最廣泛的「重新編碼」基因組。 英國劍橋MRC分子生物學實驗室的JasonChin教授與其同事重新編碼了一個大腸桿菌菌株的全部基因組,只用59個密碼子就合成出所有的必需胺基酸。 該研究近日發表在《Nature》雜誌上。 哈佛大學生物學家George Church評價說:「這是一個重大的里程碑。 」 DOI: 10.1038/s41586-019-1192-5 Jason Chin告訴《麻省理工技術評論》(MIT Technology Review):「我們花了兩年時間。 但未來我們希望能夠在不到一個月的時間內合成新的基因組。 」 美國的J. Craig Venter研究所最早在2008年和2010年首次合成了人造基因組,但是這次大腸桿菌所含的基因字母數量是之前實驗的4倍,創下了目前為止的新記錄。 另一個研究組在實驗人造酵母菌基因組,其含有的基因字母數量達1200萬,目前還未完成。 除了人造基因替換技術,劍橋的研究者還嘗試把構造胺基酸的密碼子數量從64個減少到61個。 報告稱,人造的大腸桿菌比普通的生長慢一些,長度長一些。 有史以來最大的基因組合成 JasonChin教授與其同事創造了一個4M位元組的合成基因組的大腸桿菌變種。 合成基因組最佳化和重構了編碼方案:只需在七個位置進行簡單的修正就可以替換基因組中所有已知的兩個有意密碼子和一個終止密碼子。 研究人員重新編碼了18214個密碼子,創造了一個擁有61種密碼子基因組的生物體。 這種生物使用59種密碼子來編碼20種基本胺基酸,並能夠刪除以前必不可少的核糖體RNA (tRNA)。 新型大腸桿菌增長速度比正常的大腸桿菌慢,領導這項研究的合成生物學專家Jason Chin指出,合成基因組可能會帶來一些好處,比如病毒無法入侵重新編碼過的細胞(編碼方式不同,但執行的功能都沒變),也可以讓科學家替細胞蓋一座「基因防火牆」,避免基因移到其他物種身上時發揮作用。 自然界的密碼本 每個基因由一連串核苷酸組成,每個核苷酸由鹼基(A、T、C、G)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構成;DNA長鏈上連續3個核苷酸再形成一組密碼子(codon),每個密碼子決定一種胺基酸或終止訊號,由胺基酸構成的蛋白質則負責執行各種功能,這些密碼子就是遺傳密碼(Genetic code)。 眾所周知,雖然自然生物擁有著不同的形態特徵,但生物遺傳資訊卻是由同一套的DNA遺傳密碼來傳遞的。 排列出64種密碼子構成生物的基礎。 然而,一種胺基酸對應的密碼子不止一個,如果冗餘的同義密碼子可以得到替換,那麼天然蛋白質的合成就可以透過替換生物體內「多餘」密碼子來實現。 值得注意的是,重新編碼的基因組可能不受病毒影響。 正如George Church所說,Syn61可能不受病毒影響。 從製藥到食品,每年因病毒感染而造成的工業損失達到數百萬美元,重新編碼細菌基因組則有望大大降低這一損失。 作者 | 明悅 海羅 編輯 | 海羅 《《Nature》雜誌生命密碼新字典劍橋科學家重新編寫大腸桿菌基因組》完,請繼續朗讀精采文章。 喜歡 科學報 cn-n.net,請記得按讚、收藏及分享。
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《Nature》雜誌生命密碼新字典劍橋科學家重新編寫大腸桿菌基因組
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