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科学家彻底改写细菌基因组 成功减少大肠杆菌遗传密码子

时间：2016-08-22  来源：中国科学报

    合成生物学家日前报告了迄今为止意义最为深远的一项细菌基因组重写结果。这一进展包括重新利用了大肠杆菌3.8%的碱基对。

    研究人员在8月18日出版的美国《科学》杂志上发表了这一研究成果。

    研究人员换下了大肠杆菌64个遗传密码子（为氨基酸指定遗传代码的序列）中的7个。他们如今能够通过在55个片段（每一个片段的长度为5万个碱基对）中合成脱氧核糖核酸（dna）从而减少遗传密码子的数量。研究人员还将这些碎片组装到一个有功能的大肠杆菌中。

    除此之外，由美国马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院科学家率领的研究团队表示，这项研究是推动设计具有新属性的生物体的重要一步，例如抵抗病毒的传染性。

    包括该医学院george church在内的合成生物学家说，这项工作同时也被视为“人类基因组项目——书写”的原型——科学家打算利用该项目人工合成一个人类基因组。

    church表示：“这项研究是一个示范，表明此类彻底的再造工程是可行的。”

    并未参与该项研究但之前曾与church合作进行重编码工作的康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学合成生物学家farren isaacs表示：“将遗传密码子从64个减少至57个戏剧性地违背了自然界中已有的规律。”他说：“这是向前迈出的重要一步，证明了遗传密码的延展性，以及全新类型的生物功能和属性如何通过重新编码的基因组从生物体中被提取出来。”

    church的研究团队和其他科学家之前发现，在大肠杆菌中重新编码单个氨基酸是可行的，从而可以使这种细菌包含在自然界中不存在的氨基酸。这样形成的重编程生物体对病毒性感染具有高度抵抗力，这是因为它们不再含有病毒生存所需的所有自然生物体共有的遗传机制。它们的制造同时还可以完全依赖于其食物中的合成氨基酸，从而减少了对重新编码的细菌能够逃出实验室并在野外肆虐的担心。

    在这项最新研究中使用的再编码技术是一个艰苦的过程，并且这仅仅在几年之前还是不可能的。在过去10年中，遗传工程以及人工合成dna研究的迅猛发展使得更多雄心勃勃的遗传工程项目成为可能。

    曾在church实验室参与该项研究、如今在西雅图市华盛顿大学任职的合成生物学家marc lajoie表示：“这个项目具有前所未有的规模，这是有史以来完成的最大的完全人工合成的基因组，并且是迄今为止被引入一个基因组的最具功能性的变化。”

    由加利福尼亚州拉荷亚市j. craig venter研究所的基因组企业家craig venter率领的研究团队在今年3月曾宣布，他们已经基于一个细菌基因组创建出了一个人工合成的基因组，同时去除了所有不必要的基因。但是这一生物体的基因组却比大肠杆菌小了一个数量级。

    church和他的研究团队如今正在尝试将他们的重编码大肠杆菌的dna片段缝合到一个连续的基因组中。随后研究人员会测试这个再造的生物体是否具有生命。church表示他并不清楚这项研究要花多长时间；他的实验室成员估计其时间可能为4个月到4年。

    isaacs表示：“这将需要巨大的努力，但它看起来是能够实现的。”