美國生物學(xué)家人工合成出兩個染色體片斷并將其放入一個活酵母菌體內(nèi),酵母菌仍能正常存活,未出現(xiàn)明顯異常??茖W(xué)家們計劃在接下來的5年內(nèi)用人造基因組取代酵母菌的所有基因組,讓其進化出新菌株。
約翰霍普金斯大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物學(xué)家杰夫-博伊科領(lǐng)導(dǎo)的科研團隊不僅從頭設(shè)計并制造出了新的基因組,也找到了“拼湊”這些基因組以制造出新染色體的方法。此前曾有研究人員人工合成過一種細菌的基因組,但細菌屬于原核生物,而酵母屬于更高級的真核生物。本次研究是世界上首次成功合成真核生物的部分基因組,標志人工合成生物基因組的研究又邁出了重要步伐。
酵母菌有16個染色體,所有染色體都已被排序。博伊科團隊首先用已知的染色體序列做起點,在計算機上設(shè)計出新序列,隨后剝?nèi)チ怂胁粸榈鞍踪|(zhì)編碼的不必要基因,接著在所有不必要基因的終端添加了標記物,標記物可在不殺死酵母菌的情況下被修改或刪除,而一種名為Cre的酶會攻擊這些標記并在標記點之間交換基因。最終,博伊科團隊在實驗室制造出了兩個新的染色體片斷,并將其插入一個活酵母菌體內(nèi),用其替代9號染色體和6號染色體的一部分。
博伊科打算繼續(xù)使用這種基因交換技術(shù)改變酵母菌的其他染色體,因為該方法只針對非必需基因,并不會干擾其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。在很大程度上,科學(xué)家們能制造出健康的酵母菌。這種基因交換技術(shù)能測試不同的基因排列對酵母菌的影響,比如用來探索基因組被刪去多少后生物仍能存活,或是探索基因組被打亂、改變到什么程度才會產(chǎn)生新物種。“取出一個酵母菌基因并將其插入基因組中的某處,你有可能得到一個健康的酵母菌,或許我們會發(fā)現(xiàn)基因組結(jié)構(gòu)內(nèi)還有些隱藏的規(guī)則。”博伊科說。
除了用于制造面包和啤酒,普通的酵母菌也已被用來制造疫苗??茖W(xué)家們也制造出了能用于合成生物燃料的轉(zhuǎn)基因酵母菌。通過這種新的人工合成基因技術(shù),科學(xué)家能夠得到不同屬性的酵母,比如生長率、對藥物敏感程度、溫度敏感性都不同的酵母,用于不同目的研究。
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