【樓主】2014-03-29 23:46
» 人類首次成功合成完整的真核生物染色體 向合成人造生命體邁出一大步
科學(xué)家首次成功合成酵母染色體 向合成人造生命體邁出一大步
由美、英、法等多國研究人員組成的科研小組27日宣布，他們成功合成了第一條能正常工作的酵母染色體，這也是人類第一次合成完整的真核生物染色體 。這一成果被譽(yù)為攀上了合成生物學(xué)的新高峰，也是向合成人造微生物等生命體邁出的一大步。真核生物與原核生物的根本性區(qū)別是前者的細(xì)胞內(nèi)含有細(xì)胞核。
研究人員在新一期《科學(xué)》雜志上報(bào)告說，他們利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)，歷時(shí)7年成功構(gòu)造了源于釀酒酵母的被稱作synIII的染色體，盡管合成的僅僅是釀酒酵母16條染色體中最小的一條，但這是通往構(gòu)建一個(gè)完整的真核細(xì)胞生物基因組的關(guān)鍵一步。
合成的染色體synIII設(shè)計(jì)圖；研究團(tuán)隊(duì)將染色體變得更加短小精悍又實(shí)用。標(biāo)注部分是在原有染色體上做出的修改，包括對稱重組位點(diǎn)(loxPSym)的插入(青色)，終止密碼子的改變(紅色)和同義密碼子的替換(藍(lán)色)；黃褐色區(qū)域是刪除的部分，兩端有重組位點(diǎn)。圖片來源：Boeke lab
最讓研究人員自豪的是這條染色體被成功整合進(jìn)活體酵母細(xì)胞之中。研究負(fù)責(zé)人、美國紐約大學(xué)的杰夫•伯克說：“攜帶這條合成染色體的酵母細(xì)胞相當(dāng)正常，它們與野生酵母細(xì)胞幾乎一模一樣，只是它們還擁有一些新的能力，能夠完成野生酵母無法完成的事件�！辈苏J(rèn)為，這是一項(xiàng)具有里程碑意義的研究成果，“就像第一個(gè)人類基因組被測序完成一樣”。
2010年，美國科學(xué)家克雷格•文特爾曾宣布，培育出第一個(gè)由人工合成基因組控制的細(xì)胞，引起廣泛爭論。有科學(xué)家表示，文特爾的工作是在細(xì)菌中完成的，對象只是原核生物，而本次研究是第一次合成了完整的真核生物染色體，且復(fù)雜性遠(yuǎn)高于前者。
染色體synIII在酵母中的原始版本擁有近32萬個(gè)堿基對，伯克等人進(jìn)行了500多處修改，刪除了近4.8萬個(gè)被認(rèn)為對染色體復(fù)制和生長沒有用處的重復(fù)堿基對，還刪除了一些被稱為垃圾DNA(脫氧核糖核酸)的序列，比如不能編碼任何蛋白質(zhì)的序列及能夠任意移動并可能導(dǎo)致變異的“跳躍基因”片段，最終構(gòu)建的染色體擁有約27萬個(gè)堿基對。
“改變基因組就像賭博。一個(gè)錯(cuò)誤的變化，就可能殺死細(xì)胞”，伯克說，“而我們的酵母仍然活著，這非常重要，說明我們的合成染色體生命力頑強(qiáng)，賦予酵母新的屬性�！�
研究人員說，這項(xiàng)成果將有助于更快地培育新的酵母合成菌株，用于制造稀有藥物，包括治療瘧疾的青蒿素或治療乙肝的疫苗等。此外，合成酵母還能用于生產(chǎn)更有效的生物燃料，如乙醇、丁醇和生物柴油等。伯克說：“我們的研究實(shí)現(xiàn)了合成生物學(xué)從理論到現(xiàn)實(shí)的轉(zhuǎn)變�！�
研究負(fù)責(zé)人、美國紐約大學(xué)的杰夫•伯克
在人們實(shí)現(xiàn)大腸桿菌(Escherichia coli)質(zhì)粒的人工設(shè)計(jì)與合成的四十多年后，紐約大學(xué)的一支團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了真核生物的染色體全合成——他們集結(jié)各方的科研力量，耗時(shí)七年，終于合成出了人工染色體synIII，并成功在釀酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)中發(fā)揮功能。這一里程碑式的成果于3月28號發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
這個(gè)團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)人是杰夫·伯克(Jef Boeke)，他是紐約大學(xué)朗格尼醫(yī)學(xué)中心系統(tǒng)遺傳學(xué)研究所的主任。研究所構(gòu)建的這個(gè)染色體是基于釀酒酵母最小的3號染色體設(shè)計(jì)的，有27萬多個(gè)堿基對，其中增刪了許多元件以讓其功能更安全、齊全。不過作為它的模板，3號染色體能控制酵母的有性生殖——這不利于外源性狀的整合。為了讓合成出的染色體不影響酵母的生長繁殖，研究小組在其上的500多個(gè)地方進(jìn)行了修改，并利用大通量的篩選來測試其影響，最終得到效果理想的組合。在此基礎(chǔ)上，他們還刪去了原基因組中許多不具功能的區(qū)域，如非編碼區(qū)、假基因和轉(zhuǎn)座子。同時(shí)，研究團(tuán)隊(duì)還在許多位點(diǎn)上進(jìn)行了序列的插入和增改，以讓它更穩(wěn)定，更適合外源基因的插入。
科學(xué)家歷時(shí)7年成功構(gòu)造了源于釀酒酵母的被稱作synIII的染色體
研究過程中，科學(xué)家們借助電腦軟件設(shè)計(jì)出染色體的結(jié)構(gòu)，隨后將其分成許多“構(gòu)建單元”，即700至800堿基對左右相互覆蓋的DNA片段，分別合成；然后利用覆蓋區(qū)域的特異序列將它們逐個(gè)“粘合”。在框架搭好后，研究者們利用了“基因洗牌”的方法，將不同的基因片段隨機(jī)相互組合，并培養(yǎng)相應(yīng)的酵母，通過它們的表現(xiàn)——菌落大小、生長曲線，以及不同條件下的細(xì)胞形態(tài)——來判斷組合的優(yōu)劣，越接近野生的越好。
早在分子生物學(xué)興起的伊始，生物學(xué)家們就開始嘗試構(gòu)建模式生物作為研究工具——它們的遺傳背景清晰，且能夠相對便利地進(jìn)行基因操作，便于控制實(shí)驗(yàn)變量。而作為原核生物的代表，大腸桿菌更是早早地被人攻破，很快成為最基礎(chǔ)的模式物種之一。真核生物雖然也有人工染色體，但由于其大多是改造的原有染色體，常常含有許多的冗余部分，比如假基因和轉(zhuǎn)座子。重新合成人工染色體，無異于從頭設(shè)計(jì)它應(yīng)有的功能，便于科研人員更便捷地進(jìn)行功能基因組學(xué)的研究。而這項(xiàng)動用了美、中、澳、新加坡和英國科研力量的大手筆，無疑是合成生物學(xué)上的里程碑。
伯克博士說，這個(gè)團(tuán)隊(duì)的下個(gè)目標(biāo)是利用這次的經(jīng)驗(yàn)，更快更好地合成酵母基因組中更大的染色體，同時(shí)在過程中加深對酵母不同基因功能的理解。
CNN稱，不起眼的酵母菌(圖)在結(jié)構(gòu)上與人類DNA有許多相似之處
http://www.guancha.cn/Science/2014_03_29_217891_2.shtml
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:47
chang qiou zong
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:48
newtype！
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:48
想到了雙螺旋中的情節(jié)..
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:50
人造生命體啥時(shí)候能真做出來，人類就能成神了
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:52
很久之前就有人預(yù)言下一次科技革命會發(fā)生在生物、基因研究方面，不過都搞了這么久似乎還是沒啥大動靜嘛。
各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和國家各搞各的也是一個(gè)原因。
網(wǎng)友評論2014-03-29 23:52
這一天終將到來
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:00
這個(gè)牛逼慘了！
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:02
坐等玩脫，尼瑪
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:02
別過兩天又報(bào)道他們論文造假就行
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:02
基拉大和 要出現(xiàn)了么
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:03
我記得這玩意主要是設(shè)計(jì)到倫理道德問題所以各國基本都是很低調(diào)的？
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:04
Reply Post by shandajh (2014-03-29 23:52):
很久之前就有人預(yù)言下一次科技革命會發(fā)生在生物、基因研究方面，不過都搞了這么久似乎還是沒啥大動靜嘛。
各個(gè)研究機(jī)構(gòu)和國家各搞各的也是一個(gè)原因。
下一次不是生物就是人工智能....
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:05
人類終將取代上帝了嗎？
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:06
人類成神，人造生命體重復(fù)人類的錯(cuò)誤，seele組織成立，人類補(bǔ)完計(jì)劃開始
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:08
Reply Post by 暗戀精靈 (2014-03-30 00:02):
坐等玩脫，尼瑪
求別玩脫，我還指望過幾天好日子呢
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:11
唉，這么多年了，感冒的發(fā)病原因搞清楚了嗎？
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:13
求我六十歲前人造器官換置能夠普及成熟!
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:15
Reply Post by augusts_lei (2014-03-30 00:11):
唉，這么多年了，感冒的發(fā)病原因搞清楚了嗎？
這個(gè)不是病毒入侵么，我瞎掰的
網(wǎng)友評論2014-03-30 00:17
科學(xué)的極限
極限的科學(xué)
