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《张江科技评论》

开博时间:2019-06-06 14:03:00

《张江科技评论》是由上海科学技术出版社与上海市张江高科技园区管理委员联合创办的一本科技评论类杂志。该刊报道评价国内外创新性科学技术的发展趋势及其商业价值,介绍上海在建设全球领先科创中心进程中的制度成果、技术成果、创业成果,推动产学研密切协作,促进科技成果转化,服务经济转型发展。

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大肠杆菌基因组的改写时代:人工制造基因替代

2019-07-15 20:40:00

  合成生物学家合成全基因的梦想实现了——全基因合成大肠杆菌。

 

 

  1968年,DNA化学结构的共同发现者英国科学家弗朗西斯Ÿ克里克(Francis Crick)提出了“冰冻事故”理论。他提到,“一旦基本生活形式发生变化,三重密码就会被锁定,因为任何偏离通用程序的做法都将是一个巨大的劣势。除去密码子,我们就破坏了这一共同语言”。

 

 

  早在 2010年,美国研究团队就创造出了世界首个具有合成基因组的微生物,他们用的是丝状支原体(Mycoplasma mycoides),基因组非常小,只有 100 万个碱基对,而且设计变动并不大。

 

 

  最近,英国剑桥大学Jason Chin 领导的团队取得了阶段性的胜利:他们成功为大肠杆菌(Escherichia coli)的完整基因组重编写了遗传密码子。Jason Chin的团队成功地替换细胞内固守的64组三联体DNA碱基形成的通用密码子,重新编译出生物界中不存在的61组新型密码子。其中,这61组新型密码子中有59组密码子也会产生20种天然氨基酸,它们组合在一起,依然可以形成自然界中任何一种的蛋白质。而剩余的2组密码子就像是终止信号,通知蛋白质已完成自身的构建。为了完成这一改写历史的工程,Jason Chin团队历经超过1.8万次修改后得出一份全新的基因编码。

 

 

 

  ▲人工合成基因组

 

  研究人员将人工合成61种新型密码子的DNA植入至大肠杆菌中。历经两年的时间,该团队以人工合成的61组密码子完全取代原有的64组密码子,得出新生物大肠杆菌Syn61。Syn61生长速度较一般大肠杆菌慢,形状较长,但仍能存活。这项研究是迄今为止全球最庞大的DNA编码替换研究,实现了合成生物学合成完整的人类基因组的梦想。

 

 

  Jason Chin指出,大肠杆菌已被大量应用于癌症、多发性硬化症、心脏病和糖尿病的药剂生产和治疗中,但当遭到病毒或其他微生物入侵时,整个生产过程都会被破坏。而我们重新编码的密码子与通用的密码子不同,入侵的病毒很难在体内传播,使它们具有抗病毒性,因此能很好地抵御病毒带来的破坏。此外,Jason Chin认为,编码蛋白质的转运核糖核酸RNA可以改去接附其他的非天然氨基酸,进而在细胞或生物体内合成新的多肽或蛋白质,也为工业应用中构建更广泛的蛋白质打开了一扇全新的大门。

 

 

  作者:季海艳

 

 

  本文来自《张江科技评论》杂志

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