科學家用人造DNA制造細菌
醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室的研究人員成功地重寫了大腸桿菌或大腸桿菌的DNA組成。正如詳細描述Nature研究的論文所述,“基因組替代的規(guī)模比以前報道的任何生物體的基因組或染色體替代規(guī)模大約4倍。”
“使用減少數(shù)量的有義密碼子(59)來編碼20個規(guī)范氨基酸的有機體的產(chǎn)生表明生命可以用減少數(shù)量的同義有義密碼子進行操作。”
密碼子是三個DNA或RNA核苷酸的序列。這些密碼子在體內蛋白質產(chǎn)生過程中對應于特定的氨基酸或停止信號。DNA和RNA分子均由四個密碼子組成,蛋白質由20個氨基酸組成。
全套密碼子稱為遺傳密碼,該遺傳密碼包括由四種DNA和RNA密碼子制成的密碼子序列的64種可能組合。在64個密碼子中,61個是氨基酸,3個是停止信號,它們表示序列的末端。
一項“里程碑式”研究
雖然沒有參與這項研究,倫敦帝國理工學院合成生物學中心主任湯姆埃利斯談到了突破的重要性。
這是一個具有里程碑意義的[研究]。沒有人在規(guī)?;蛘咧暗淖兓瘮?shù)量方面做過類似的事情。“
湯姆埃利斯
新創(chuàng)建的合成基因組采用全新方法構建,長度為400萬堿基對。為了對這個新基因組進行透視,九年前創(chuàng)建了另一個合成基因組,其長度僅為100萬個堿基對。
Jason Chin領導了這項研究,目前是醫(yī)學研究委員會分子生物學實驗室的項目負責人,同時也是化學和合成生物學中心的負責人。除了這些職位,他還是劍橋大學化學與化學生物學教授。
Chin想要理解為什么所有生物都以同樣的方式編碼遺傳信息。
“細胞中每個氨基酸的產(chǎn)生是由排列在DNA鏈中的三個堿基引導的,”Chin解釋說。“這些三重奏中的每一個都被稱為密碼子。例如,密碼子TCT確保稱為絲氨酸的氨基酸附著在新蛋白質的末端。
“由于只有20種氨基酸,你認為基因組只需要20個密碼子來制造它們。但由于沒有人理解的原因,遺傳密碼充滿了冗余。氨基酸由61個密碼子編碼,而不是20個。例如,絲氨酸的產(chǎn)生由六個不同的密碼子控制。“
Chin詢問所有這些“DNA塊”是否對生命至關重要,但由于生命“普遍”使用了64個密碼子,因此尚未找到答案。為了更接近找到答案,Chin和他的實驗室制作了一個基因組,可以幫助他更深入地了解這個問題。
遺傳藍圖
Chin和他的同事們在計算機上創(chuàng)建了大腸桿菌基因組的修改版本,該計算機使用61個密碼子來創(chuàng)建大腸桿菌所需的氨基酸。
研究人員發(fā)現(xiàn),大腸桿菌基因組僅使用四個密碼子來制造絲氨酸而不是通常的六個。這四個密碼子僅包括兩個終止密碼子而不是三個。
該論文解釋說,他們記錄了“18,214個密碼子來創(chuàng)建一個具有61個密碼子基因組的生物體。”它繼續(xù)說,“這個生物體使用59個密碼子編碼20個氨基酸,并能夠刪除以前必需的轉移RNA。 ”
在替換了18,214個密碼子之后,研究人員留下了一個新基因組的藍圖,該基因組長達400萬個堿基對。將實驗室合成的DNA導入大腸桿菌基因組是下一個挑戰(zhàn)。
基因組太長太復雜,不能立即引入細胞。為了解決這個問題,研究人員建立了小片段,并將它們逐個放入大腸桿菌基因組中。完成此過程后,沒有留下任何自然區(qū)段。
盡管對大腸桿菌基因組進行了廣泛的改變,但在該過程結束時它仍然存活,盡管細菌生長比天然大腸桿菌慢得多,并且其細胞比其天然對應物長。
湯姆埃利斯沒有參與這項研究,但評論道,“在規(guī)?;蛘咧暗淖兓瘮?shù)量方面,沒有人做過像這樣的事情。”
地平線上的“新生物”
在紐約時報為物質寫的一篇文章中,卡爾齊默說:
有朝一日取得的成就可能會導致生產(chǎn)新藥或其他有價值分子的生物,如生活工廠。這些合成細菌也可能提供關于遺傳密碼如何在生命早期出現(xiàn)的線索。“
該論文指出,該研究的下一步將包括更多地描述同義密碼子壓縮的后果以及調查其他重新編碼方案。
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