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基因編輯算什么,人工合成生命已經(jīng)來(lái)臨

2017-12-23 來(lái)源: 轉化醫學(xué)網(wǎng)  標簽: 掌上醫生 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(gè)細胞是他團隊的一個(gè)里程碑成果,近20年探索從頭開(kāi)始利用最粗暴的方法設計出生命。

   最近,基因組學(xué)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(gè)功能基因。這個(gè)細胞是他團隊的一個(gè)里程碑成果,近20年探索從頭開(kāi)始利用最粗暴的方法設計出生命。

 
  文特爾共同創(chuàng )立一個(gè)公司,旨在利用合成細胞制造工業(yè)產(chǎn)品,這類(lèi)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(xué)家能相對容易和選擇性修改基因組實(shí)現這些目標,這引出了一個(gè)糾結的問(wèn)題,為什么要從頭開(kāi)始合成細胞,對現成的細胞進(jìn)行改造不是更簡(jiǎn)單嗎?
 
  2010年,文特爾的團隊在J.CraigVenter研究院成功合成出第一個(gè)合成細胞,最新的工作思路是對現存細菌基因組進(jìn)行復制,然后將這種合成的基因組移植到另外一個(gè)細胞內,這個(gè)基因組與任何自然界的細胞都不同。文特爾說(shuō)2016年3月24日(今天)發(fā)表在《科學(xué)》雜志上的論文中描述的細胞代表人共物質(zhì)新時(shí)代。
 
  英國倫敦國王學(xué)院大學(xué)合成生物學(xué)家PaulFreemont說(shuō),人工合成整個(gè)基因組是合成生物學(xué)的夢(mèng)想和期望之一。從頭設計和合成基因組仍然是一個(gè)充滿(mǎn)商機的領(lǐng)域,當然也是一個(gè)尖端技術(shù)。使用CRISPR–Cas9技術(shù)的哈佛大學(xué)基因組科學(xué)家GeorgeChurch說(shuō),對現存基因組進(jìn)行編輯改造,例如用CRISPR–Cas9已經(jīng)屬于成熟和流行的生物學(xué)技術(shù),已經(jīng)廣泛進(jìn)入工業(yè)、農業(yè)和醫學(xué)領(lǐng)域。保守估計,全世界范圍內,突然爆發(fā)增加到大約3萬(wàn)人使用這一技術(shù)。
 
  文特爾的團隊計劃進(jìn)行生命合成計劃時(shí),微生物學(xué)家剛剛開(kāi)始認識到細菌CRISPR免疫系統,也沒(méi)有意識到這種技術(shù)的未來(lái)前景。1995年《科學(xué)》論文中,文特爾的團隊對一類(lèi)最小的基因組尿道支原體進(jìn)行了全基因序列分析,描述定位了其中470個(gè)基因。然后逐個(gè)對這些基因進(jìn)行滅活,分析這些基因的功能,最后提示其中375個(gè)基因是支原體生存必須的基因。
 
  為了驗證這個(gè)假說(shuō),一種方法就是制造出只包括這些必需375個(gè)基因的支原體,于是文特爾的團隊開(kāi)始通過(guò)合成DNA片段從頭合成這一基因組,這樣一個(gè)計劃需要開(kāi)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(gè)基因外,還有一些非功能DNA水印標志。但尿道支原體生長(cháng)非常緩慢,促使他們轉向更多產(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(gè)基因組移植到另一個(gè)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(guò)2010年的工作是對現存生命基因組的復制,但并沒(méi)有重新設計生命。為了實(shí)現設計生命的目標,文特爾的團隊重新設計了483000堿基,包含471個(gè)基因,去掉了一些負責生產(chǎn)營(yíng)養的基因。但是并沒(méi)有成功制造出活的支原體。但是他們建立了一套設計/制造和驗證的工作模式。他們將支原體基因組切斷成8個(gè)片段,然后進(jìn)行隨機組合觀(guān)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(shuō)明,某些基因序列雖然不編碼蛋白質(zhì),但是對調節其他基因表達非常必要。
 
  最后他們確定了531,000個(gè)堿基對,473個(gè)基因。對這些序列進(jìn)行人工合成,制造出JCVI-syn3.0細胞。Syn3.0的倍增時(shí)間為3小時(shí),而尿道支原體是18個(gè)小時(shí),蕈狀支原體是1小時(shí)。
 
  瑞士聯(lián)邦理工學(xué)院合成生物學(xué)家MartinFussenegger說(shuō),正如美國著(zhù)名物理學(xué)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(guān)察會(huì )發(fā)生什么結果。
 
  在所有必需營(yíng)養支持下,syn3.0細胞能制造蛋白質(zhì)、復制DNA,并制造出細胞膜。文特爾說(shuō),團隊還不能確定syn3.0細胞基因組中的149個(gè)基因功能,這些基因在其他生物體包括人類(lèi)也存在。現在正在對這些基因的功能進(jìn)行深入研究。這說(shuō)明,人類(lèi)科學(xué)家制造出生命,竟然也不能理解。這讓費曼如何解釋?zhuān)苍S應該說(shuō),“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(shuō),基因編輯技術(shù)因為難度小,將會(huì )成為大多數科學(xué)家首選技術(shù),雖然基因組設計仍然具有獨特的應用價(jià)值,例如制造新氨基酸等。Fussenegger認為,設計基因組的技術(shù)將讓科學(xué)家對生命起源和基因組進(jìn)化研究產(chǎn)生影響。文特爾說(shuō),如果你只是希望對現存基因組進(jìn)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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