合成生物学严沉冲破:中国科学家建立全球首个
更新时间:2019-04-03

  “这两项研究所完成的基因沉组工做可能是迄今最冲动的,”法国癌症和衰老研究所的遗传学家 Gianni Liti(他没有参取这项研究)说,“这些编纂过的细胞能够存活实的很让人惊讶。”Liti 还正在《天然》中写了一篇附带的评论。

  这些研究人员通过融合酿酒酵母的染色体也获得了有活力的新菌株。但取覃沉军研究组分歧的是,Boeke 的团队无法出产出仅具有单一染色体的功能性酵母菌株; 他们只能将染色体数量削减到两条。Boeke 注释说,这种差别跟良多要素相关,此中最大的影响要素是尺寸。他指出,覃沉军研究组从他们的酵母染色体中删除了更多的反复序列,因而“他们的酵母基因组可能低于总大小的最大阈值,而我们则高于这个阈值。

  为了建立只含有单一染色体的活酵母细胞,覃沉军和他的同事们用 CRISPR-Cas9 手艺来切割和融合布局端粒旁边的序列,从而将两条染色体融合正在一路。端粒就是位于每条染色体顶端的反复序列。他们还移除了每对染色体中一条染色体的着丝粒,从而确保融合产品只要一个着丝粒——由于具有多个着丝粒的染色体是不不变的。

  Noble 指出,虽然合成染色体的全体布局发生了改变,但基因组特定区域之间的局部彼此感化还保留着。“全体而言,似乎基因表达和染色质三维布局之间没有很大的关系,但局部而言这种关系可能存正在,”他弥补道。

  然而,正在 8 月 1 日,《天然》同时颁发的两个互相的研究中,科学家通过融合酿酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)的 16 条染色体,创制出一种基因组完整、但只含一条或两条染色体的新菌株。他们发觉新菌株酵母细胞的发展不存正在严沉缺陷,仅基因表达有细小的改变。这项研究表白生物体比科学家们之前料想的更能耐受染色体数目和布局的变化。

  图  扫描电子显微镜下的酵母。此中第二行SY14为人工合成酵母,体内只要一条染色体。(图源:Nature)

  图 两个研究团队别离将酵母的 16 条染色体通过 CRISPR 编纂以分歧挨次融合正在一路。左侧为美国团队融合成果,左侧为中国团队融合成果。(图源:Nature)

  Boeke 说,这些论文“激发了良多新问题”。因而,研究人员们打算进一步探究创制的酵母新菌株,以处理相关染色体生物学的问题,例如布局若何影响基因表达。

  不外,不异的是,两个团队的合成酵母都只表示出轻细的发展缺陷和基因表达变化。“对我来说,这些成果很令人惊讶,”西雅图大学计较生物学家威廉·诺布尔(他没有参取这项工做)说,“我原认为会发生更大的影响。”

  分歧的实核生物之间染色体数量差别很大:人类有 46 条染色体,阿根廷平原鼠(Tympanoctomys barrerae)为 102 条,而雄性杰克跳线蚂蚁(Myrmecia pilosula)仅为一条。“正在我看来,实核生物的染色体数目是随机的,”中国科学院的遗传学家覃沉军说,他是此中一项研究的做者之一。“所以我想若是我们能创制出一条染色体,那么我们就能够回覆良多问题了,好比说:生命体对染色体总数变异的耐受程度若何?”

  拉瓦尔大学的进化遗传学家 Christian Landry(没有参取这两项研究)也暗示对此成果很惊讶——虽然基因组的三维布局发生了严沉变化,但基因表达却只发生了细小变化。“正在此之前,有良多工做表白基因组正在细胞中的组织体例取基因调控互相关注,”他说,“但这项发觉改变了我们关于基因组三维组织的认识。”

  那正在酵母中的这些发觉能否会扩展到人类等高档实核生物呢?谜底还尚未确定。不外,此中一项研究的配合做者、中科院的生物学家薛小莉指出,有表白染色体融合能够天然地发生于具有更复杂基因组的生物体中:好比人类的 2 号染色体似乎是两条猿染色体融合而发生的。

  分歧的实核生物细胞有纷歧样的染色体,而细菌却只要一个环形染色体。那么,若是把实核生物的染色体都连正在统一个染色体上会如何?这会制出超等大的细菌吗?还有一些人正在设想这一场景时认为这种生物会间接死掉。

  界的另一边,纽约大学朗格尼医学核心的遗传学家 Jef Boeke 和他的同事们也正在揣摩若何利用雷同的手艺来融合酵母的染色体。Boeke 说,他的团队先前正在开展项目 Synthetic Yeast 2.0(该项目旨正在从头起头建立酵母染色体)之时,他就有了进行这项研究的设法。

  此外,两项研究都报道改拆过的酵母细胞能够进行繁衍。但 Boeke 的研究小组发觉,当具有 16 条染色体的野生型酵母取染色体较少的酵母交配时,孢子产量跟着合成菌株中染色体数量的下降而下降,如野生型酵母和合成的 8 染色体酵母交配几乎不发生孢子。虽然这种效应背后的机制尚不清晰,但 Boeke 说这种效应有益于合成酵母的将来使用,例如生物传感器。由于该方式能够供给一种生物防护,也就是能够工程酵母正在需要的特定之外的。

  相关链接:

友情链接:
Copyright 2018-2022 https://www.qingheok.com All Rights Reserved. 版权所有