科學(xué)家如何重新設(shè)計(jì)DNA代碼
科學(xué)家正在努力創(chuàng)造使用定制DNA操作的酵母。他們長(zhǎng)期以來能夠?qū)ι矬w的DNA進(jìn)行特定的改變。現(xiàn)在,他們正在進(jìn)入更激進(jìn)的步驟,從頭開始構(gòu)建重新設(shè)計(jì)的版本。他們的工作是大膽和有爭(zhēng)議的追求的一部分,旨在創(chuàng)建定制的DNA代碼插入活細(xì)胞,以改變其功能,甚至提供疾病治療。它有朝一日也有助于科學(xué)家們創(chuàng)造出創(chuàng)造全新生物的深刻而不安的能力。
遺傳密碼就像一本用四個(gè)字母的字母寫成的書:A,C,G和T.與這些字母對(duì)應(yīng)的化學(xué)構(gòu)建塊在DNA分子中排列,如鏈中的鏈接; 基因由這些構(gòu)件的特定序列組成。這些序列告訴酵母細(xì)胞如何構(gòu)建特定的蛋白質(zhì)。
酵母的完整DNA代碼,稱為其基因組,包含大約1200萬(wàn)個(gè)字母。一個(gè)國(guó)際科學(xué)團(tuán)隊(duì)旨在添加,刪除或更改大約一百萬(wàn)個(gè)DNA信件。
酵母DNA分布在16個(gè)稱為染色體的大塊中,這些染色體被分配到團(tuán)隊(duì)的實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行處理。
那么你如何重新設(shè)計(jì)和構(gòu)建染色體呢?我們問紐約大學(xué)研究員Leslie Mitchell。她創(chuàng)建了一個(gè)240,000字母的合成酵母染色體,從她在巴爾的摩的約翰霍普金斯大學(xué)開始。
這是食譜:
1.在計(jì)算機(jī)上,從染色體上字母的天然DNA序列開始。
2.告訴計(jì)算機(jī)進(jìn)行特定更改,例如:
- 每當(dāng)它在基因末尾看到字母系列TAG時(shí),將其更改為TAA。兩種三聯(lián)體都向酵母生產(chǎn)蛋白質(zhì)的機(jī)器傳遞相同的信息,因此這種變化不會(huì)影響酵母。但是TAG三聯(lián)體可以在不同的地方使用,例如,使酵母從自然界中沒有的構(gòu)建塊中產(chǎn)生蛋白質(zhì)。
- 從正常位置刪除一類稱為'tRNA基因'的基因,它們可以在酵母細(xì)胞分裂之前損害基因組重復(fù)的過程。這些基因?qū)⒈恢匦掳仓玫剿麄冏约旱男氯旧w上,在那里他們可以完成工作而不會(huì)造成麻煩。
- 插入一些DNA代碼,讓研究人員重新排列染色體上基因的順序,就像洗牌一樣。通過這種方式,科學(xué)家們可以嘗試進(jìn)行許多不同的改組,看看哪種酵母能夠最好地生長(zhǎng),或者以其他方式表現(xiàn)最佳。
3.完成更改后,將重新設(shè)計(jì)的代碼分解為每個(gè)約10,000個(gè)字母的長(zhǎng)度,并讓公司創(chuàng)建反映每個(gè)段的DNA塊。這種尺寸的塊可以在實(shí)驗(yàn)室中輕松操作。
4.在試管中,使用化學(xué)反應(yīng)將三到六個(gè)這些塊粘合在一起形成“巨型塊”。
5.取普通酵母,用這個(gè)30,000-60,000 字母的巨型酒桶代替相應(yīng)的天然DNA片段。酵母會(huì)在沒有太多哄騙的情況下做到這一點(diǎn)。
6.如果酵母沒有正常生長(zhǎng),請(qǐng)?jiān)趍egachunk中識(shí)別并解決問題。這稱為調(diào)試。如果沒關(guān)系,請(qǐng)?zhí)砑酉乱粋€(gè)超級(jí)巨蛋。
7.重復(fù)步驟4-6,直到整個(gè)染色體被大塊的合成DNA替換。
米切爾說她花了幾個(gè)月的時(shí)間來建立她的染色體,但需要更長(zhǎng)的時(shí)間來調(diào)試。“ 代碼中最細(xì)微的變化會(huì)對(duì)增長(zhǎng)產(chǎn)生巨大影響,”她說。“我們正在從頭開始學(xué)習(xí)關(guān)于細(xì)胞如何運(yùn)作的新規(guī)則。”
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