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基因編輯算什么,人工合成生命已經(jīng)來臨

2017-12-23 來源: 轉(zhuǎn)化醫(yī)學網(wǎng)  標簽: 掌上醫(yī)生 喝茶減肥 一天瘦一斤 安全減肥 cps聯(lián)盟 美容護膚
摘要:這個細胞是他團隊的一個里程碑成果,近20年探索從頭開始利用最粗暴的方法設(shè)計出生命。

   最近,基因組學企業(yè)家克雷格·文特爾合成了一種細胞,這種細胞包含是任何已知最小基因組的獨立生物體,共有473個功能基因。這個細胞是他團隊的一個里程碑成果,近20年探索從頭開始利用最粗暴的方法設(shè)計出生命。

 
  文特爾共同創(chuàng)立一個公司,旨在利用合成細胞制造工業(yè)產(chǎn)品,這類細胞工具可以創(chuàng)建定制的細胞藥物和燃料等產(chǎn)品。但在強大的“基因編輯”技術(shù)爆炸面前,科學家能相對容易和選擇性修改基因組實現(xiàn)這些目標,這引出了一個糾結(jié)的問題,為什么要從頭開始合成細胞,對現(xiàn)成的細胞進行改造不是更簡單嗎?
 
  2010年,文特爾的團隊在J.CraigVenter研究院成功合成出第一個合成細胞,最新的工作思路是對現(xiàn)存細菌基因組進行復(fù)制,然后將這種合成的基因組移植到另外一個細胞內(nèi),這個基因組與任何自然界的細胞都不同。文特爾說2016年3月24日(今天)發(fā)表在《科學》雜志上的論文中描述的細胞代表人共物質(zhì)新時代。
 
  英國倫敦國王學院大學合成生物學家PaulFreemont說,人工合成整個基因組是合成生物學的夢想和期望之一。從頭設(shè)計和合成基因組仍然是一個充滿商機的領(lǐng)域,當然也是一個尖端技術(shù)。使用CRISPR–Cas9技術(shù)的哈佛大學基因組科學家GeorgeChurch說,對現(xiàn)存基因組進行編輯改造,例如用CRISPR–Cas9已經(jīng)屬于成熟和流行的生物學技術(shù),已經(jīng)廣泛進入工業(yè)、農(nóng)業(yè)和醫(yī)學領(lǐng)域。保守估計,全世界范圍內(nèi),突然爆發(fā)增加到大約3萬人使用這一技術(shù)。
 
  文特爾的團隊計劃進行生命合成計劃時,微生物學家剛剛開始認識到細菌CRISPR免疫系統(tǒng),也沒有意識到這種技術(shù)的未來前景。1995年《科學》論文中,文特爾的團隊對一類最小的基因組尿道支原體進行了全基因序列分析,描述定位了其中470個基因。然后逐個對這些基因進行滅活,分析這些基因的功能,最后提示其中375個基因是支原體生存必須的基因。
 
  為了驗證這個假說,一種方法就是制造出只包括這些必需375個基因的支原體,于是文特爾的團隊開始通過合成DNA片段從頭合成這一基因組,這樣一個計劃需要開發(fā)出新的技術(shù),2008年他們利用新技術(shù)完成了這一計劃,除了375個基因外,還有一些非功能DNA水印標志。但尿道支原體生長非常緩慢,促使他們轉(zhuǎn)向更多產(chǎn)蕈狀支原體的人工合成。這次他們不僅合成了支原體基因組和水印,并將這個基因組移植到另一個被去除基因組的支原體外殼中。2010年JCVI-syn1.0合成細胞的成功是合成生命的曙光,不過2010年的工作是對現(xiàn)存生命基因組的復(fù)制,但并沒有重新設(shè)計生命。為了實現(xiàn)設(shè)計生命的目標,文特爾的團隊重新設(shè)計了483000堿基,包含471個基因,去掉了一些負責生產(chǎn)營養(yǎng)的基因。但是并沒有成功制造出活的支原體。但是他們建立了一套設(shè)計/制造和驗證的工作模式。他們將支原體基因組切斷成8個片段,然后進行隨機組合觀察那種組合能制造出活的細胞。利用這種方法確定出那些基因必需保留。這種方法說明,某些基因序列雖然不編碼蛋白質(zhì),但是對調(diào)節(jié)其他基因表達非常必要。
 
  最后他們確定了531,000個堿基對,473個基因。對這些序列進行人工合成,制造出JCVI-syn3.0細胞。Syn3.0的倍增時間為3小時,而尿道支原體是18個小時,蕈狀支原體是1小時。
 
  瑞士聯(lián)邦理工學院合成生物學家MartinFussenegger說,正如美國著名物理學家理查德費曼所講,“我不能創(chuàng)造的東西,我就不了解。”利用這種技術(shù),我們可以任意添加基因,觀察會發(fā)生什么結(jié)果。
 
  在所有必需營養(yǎng)支持下,syn3.0細胞能制造蛋白質(zhì)、復(fù)制DNA,并制造出細胞膜。文特爾說,團隊還不能確定syn3.0細胞基因組中的149個基因功能,這些基因在其他生物體包括人類也存在。現(xiàn)在正在對這些基因的功能進行深入研究。這說明,人類科學家制造出生命,竟然也不能理解。這讓費曼如何解釋,也許應(yīng)該說,“我不能創(chuàng)造的東西,我就不了解。我能創(chuàng)造的東西,也不一定能理解。”
 
  Church說,基因編輯技術(shù)因為難度小,將會成為大多數(shù)科學家首選技術(shù),雖然基因組設(shè)計仍然具有獨特的應(yīng)用價值,例如制造新氨基酸等。Fussenegger認為,設(shè)計基因組的技術(shù)將讓科學家對生命起源和基因組進化研究產(chǎn)生影響。文特爾說,如果你只是希望對現(xiàn)存基因組進行少量改造,選擇CRISPR就足夠了,如果你希望制造新生命,CRISPR就不是好辦法了。
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