【www.419net】创造一个生命最少需要多少个基因,研究人员的首要任务是探索这些基因在生物体中扮演的角色

至于这项工作带来的启发,Venter说,一个启发就是认识生命要从整个基因组角度综合来看,而不是独立的基因。“生命更像一个交响乐团,而不是短笛演奏家”。这一理论同样适用于人类基因组,因为他们发现人类多数疾病症状受整个基因组上突变的影响,而不是单个基因。

www.419net ,正如Syn3.0的名字所暗示的,它并不是文特尔合成的第一个人造生命。

研究人员最初分为两个团队,每个团队都有一个相同的任务——利用所有可用的基因组知识设计一种具有假定最小基因组的细菌染色体。随后两者被合成并移植到山羊支原体中,从而看看是否会生成一个有活力的生物体。

Syn3.0是目前已知最小、最简单的可自我复制的细胞。在实验器皿中,Syn3.0的数量每3个小时就可以翻倍。这说明尽管它的基因组很苗条,它依然活得很好。

当谈到基因组的大小时,一种被称为衣笠草的罕见日本植物无疑是当下的重量级冠军——其脱氧核糖核酸数量是人类的50倍。而在天平的另一端,一个新的轻量级纪录保持者如今诞生在美国加利福尼亚州的一个培养皿中。在3月25日出版的《科学》杂志中,由基因组测序先驱Craig
Venter率领的研究人员报告称,他们设计并制造出一种在自由生物体中具有最小基因组,以及最少基因的细菌,但却依然具有自我复制能力。

英国《卫报》在评价这一发现时说,这是人类理解生物学的里程碑事件。它可能会揭晓30亿年前原始海洋中生命的进化之谜;它可能会为人类进入定制有机体时代敲开大门。

Venter表示,Syn
3.0的基因组还可进一步简化,删掉一些与维持生命无关的基因,但这些基因影响生长速度,删除后细胞数量增长极其缓慢,无法用于实验目的。

在这个笨办法的指导下,他们继续抛弃Syn2.0身上不太重要的或者与其他基因功能重合的赘肉,仅有473个基因的Syn3.0应运而生。

微生物流线型的遗传结构激起了进化生物学家和生物技术专家的兴趣,他们预期一个接一个地添加基因便能够研究这些基因的作用。剑桥市麻省理工学院合成生物学家Chris
Voigt表示:“这是创建一个基因组被完整定义的活体细胞的重要步骤。”但是Voigt和其他科学家指出,目前距离完整定义依然还很遥远,这是因为Syn
3.0有149个基因——大约为1/3——依然不知其功能为何。研究人员的首要任务是探索这些基因在生物体中扮演的角色,从而有望为关于生命的基本生物学带来新的认识。

不过,Syn3.0的发明者非常耻辱地发现,他们自己距理解这个在实验室中创造出的生命还有一段路程。研究人员承认,目前他们依然没有完全理解,或者在某些地方完全不明白,占Syn3.0基因组三分之一的149个基因到底在起哪些作用。所以,下一步他们的任务当然是搞清楚自己亲手设计的秘密。在这个过程中,可能还会有更瘦的Syn系列出现。

Venter表示:“我们还不能说这就是最终的最小基因组。”但截至目前,Syn
3.0绝对是这个世界上新的轻量级冠军。

文特尔和另一位项目领导人克莱德哈钦森的办法很简单,即拆掉Syn1.0中不太重要的基因来找出构成生命所需要的最小的基因组。

在当前的工作中,Venter与J. Craig Venter研究所的Clyde
Hutchison等人通过剥离Syn
1.0携带的不必要的基因,从而尝试确定生命所需的最小基因集合。

怎么让Syn1.0变成更瘦的Syn3.0呢?

【www.419net】创造一个生命最少需要多少个基因,研究人员的首要任务是探索这些基因在生物体中扮演的角色。“最大的新闻是我们失败了。我很惊讶。”Venter说,“我们当前的生物学知识尚不足以设计并构建一个活的有机体。”

他们把Syn1.0的901个基因分成8个部分,将这些部分当成独立的模块来对待。然后逐一拆除每个模块中的DNA,再复制剩余的基因组,最后嵌入山羊支原体,看它是死还是活。如果基因组不起作用的话,他们就知道切除掉了不该切除的基因,于是再把这个基因添上。

这种被称为Syn
3.0的新有机体的基因组仅留下了生存和繁殖所必需的473个基因。相比之下,人类的基因数量超过2万个。哈佛大学合成生物学家George
Church表示:“这是一项杰作。”科学家认为,这是生命科学领域的突破性进展,将有助推进对生命奥秘的认知。

创造一个生命最少需要多少个基因?大名鼎鼎的美国生物学家、科学狂人克雷格文特尔带领团队算出了目前的最小值:473个。在最新一期《科学》杂志中,他们宣称设计并制造出了最简单的人造合成细胞。

2010年,Venter的研究团队报告说,他们合成了丝状支原体的单独染色体(被称为Syn
1.0),并将其移植到另一种山羊支原体中。经过几次失败的尝试,研究人员最终发现,这种合成的微生物能够正常生成蛋白质。

这就是具有901个基因的Syn1.0。而苗条的Syn3.0正是Syn1.0减肥的结果。

这项研究成果将有望应用在多个领域,包括生物化学、营养学、农业以及生产新药物与生物能源等。“我认为这是一个新时代的开始,”Venter说。

三分之一的Syn3.0依然成谜

就像Syn
3.0的名称所暗示的,它并非Venter制造的首个合成生物体。Venter说:“我们的研究表明,生命是如此复杂,即便是最简单的有机体也是如此。”Venter表示,要回答生命的基础问题,唯一方法是获得最简单的基因组;而要达到这个目的,唯一方法可能是人工合成基因组。因此他们从1995年开始努力,其间仅因为参与首个人类基因组测序工作而短暂中断。

在这一过程中,诞生了具有525个基因的Syn2.0。它是首个基因组规模小于尿道支原体的微生物。而尿道支原体是自然界中基因组规模最小的生物。

于是,研究人员在首个合成细胞的基础上,不断尝试删除其基因组中不必要的基因,最终把Syn
1.0中901个基因删除约一半,只剩下473个基因,即Syn 3.0。

这个被称为Syn3.0的人造生命在美国加利福尼亚州的实验器皿中横空出世。它的基因数量是世界上基因组规模最大的生物重楼百合的282000分之一。

Syn3.0和它的坏爸爸

他是基因测序领域的先驱,同时也被很多生物学家称为坏小子,原因是他公然叫板国际人类基因组计划,并率领团队与其展开竞争。现在的他既是J.克雷格文特尔研究所的负责人,也是合成基因组公司的顶头上司。

从1.0到3.0的减肥之路

Syn3.0苗条的基因结构令进化生物学家感到兴奋,他们期待把基因一个个加到它身上来研究它们的作用。

在进一步交代Syn3.0诞生故事之前,有必要先说一说Syn3.0之父文特尔。

2010年,文特尔的团队声称合成了丝状支原体的单个染色体,并把这个染色体移植到一个山羊支原体上。他们发现,这种人造微生物会合成通常属于丝状支原体的蛋白质,而不是山羊支原体的蛋白质。

美制造出迄今最简单人造合成细胞

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