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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(xué)網(wǎng)  標(biāo)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(hù)膚
摘要:這個(gè)細(xì)胞是他團(tuán)隊(duì)的一個(gè)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(jì)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(xì)胞,這種細(xì)胞包含是任何已知最小基因組的獨(dú)立生物體,共有473個(gè)功能基因。這個(gè)細(xì)胞是他團(tuán)隊(duì)的一個(gè)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(jì)出生命。

 
  文特爾共同創(chuàng)立一個(gè)公司,旨在利用合成細(xì)胞制造工業(yè)產(chǎn)品,這類細(xì)胞工具可以創(chuàng)建定制的細(xì)胞藥物和燃料等產(chǎn)品。但在強(qiáng)大的“基因編輯”技術(shù)爆炸面前,科學(xué)家能相對(duì)容易和選擇性修改基因組實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo),這引出了一個(gè)糾結(jié)的問題,為什么要從頭開始合成細(xì)胞,對(duì)現(xiàn)成的細(xì)胞進(jìn)行改造不是更簡單嗎?
 
  2010年,文特爾的團(tuán)隊(duì)在J.CraigVenter研究院成功合成出第一個(gè)合成細(xì)胞,最新的工作思路是對(duì)現(xiàn)存細(xì)菌基因組進(jìn)行復(fù)制,然后將這種合成的基因組移植到另外一個(gè)細(xì)胞內(nèi),這個(gè)基因組與任何自然界的細(xì)胞都不同。文特爾說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(xì)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,人工合成整個(gè)基因組是合成生物學(xué)的夢想和期望之一。從頭設(shè)計(jì)和合成基因組仍然是一個(gè)充滿商機(jī)的領(lǐng)域,當(dāng)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,對(duì)現(xiàn)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(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。保守估計(jì),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(tuán)隊(duì)計(jì)劃進(jìn)行生命合成計(jì)劃時(shí),微生物學(xué)家剛剛開始認(rèn)識(shí)到細(xì)菌CRISPR免疫系統(tǒng),也沒有意識(shí)到這種技術(shù)的未來前景。1995年《科學(xué)》論文中,文特爾的團(tuán)隊(duì)對(duì)一類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(duì)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(yàn)證這個(gè)假說,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(tuán)隊(duì)開始通過合成DNA片段從頭合成這一基因組,這樣一個(gè)計(jì)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(jì)劃,除了375個(gè)基因外,還有一些非功能DNA水印標(biāo)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(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(xì)胞的成功是合成生命的曙光,不過2010年的工作是對(duì)現(xiàn)存生命基因組的復(fù)制,但并沒有重新設(shè)計(jì)生命。為了實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)生命的目標(biāo),文特爾的團(tuán)隊(duì)重新設(shè)計(jì)了483000堿基,包含471個(gè)基因,去掉了一些負(fù)責(zé)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(jì)/制造和驗(yàn)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(jī)組合觀察那種組合能制造出活的細(xì)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(duì)調(diào)節(jié)其他基因表達(dá)非常必要。
 
  最后他們確定了531,000個(gè)堿基對(duì),473個(gè)基因。對(duì)這些序列進(jìn)行人工合成,制造出JCVI-syn3.0細(xì)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,正如美國著名物理學(xué)家理查德費(fèi)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(huì)發(fā)生什么結(jié)果。
 
  在所有必需營養(yǎng)支持下,syn3.0細(xì)胞能制造蛋白質(zhì)、復(fù)制DNA,并制造出細(xì)胞膜。文特爾說,團(tuán)隊(duì)還不能確定syn3.0細(xì)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也存在?,F(xiàn)在正在對(duì)這些基因的功能進(jìn)行深入研究。這說明,人類科學(xué)家制造出生命,竟然也不能理解。這讓費(fèi)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?yàn)殡y度小,將會(huì)成為大多數(shù)科學(xué)家首選技術(shù),雖然基因組設(shè)計(jì)仍然具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值,例如制造新氨基酸等。Fussenegger認(rèn)為,設(shè)計(jì)基因組的技術(shù)將讓科學(xué)家對(duì)生命起源和基因組進(jìn)化研究產(chǎn)生影響。文特爾說,如果你只是希望對(duì)現(xiàn)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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