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通往目标的重要一步:科学家接近人工合成酵母基因组已合成6条染色体
2018年01月16日 作者: 暂无评论 138+ 0

科学家朝着在实验室中创造出不同类型合成生命的目标又迈进了重要一步。一个国际研究小组近日报告称,他们已经找到了合成酵母遗传密码实质部分的有效方法。“我们感到非常激动,”研究项目负责人、纽约大学医学院的遗传学家杰夫·伯克(Jef Boeke)说,“这是通往目标的重要一步。”

近年来,越来越多科学家开始尝试在实验室中从无到有地创造出活体复杂生命,而此次研究的结果无疑具有里程碑意义。研究团队此前就报告称,他们已经完全合成了酵母16条染色体中的一条。染色体存在于细胞核中,携带着生命体的全部基因。

如今,研究团队通过在《科学》(Science)杂志上发表的7篇系列论文,指出他们又合成了5条酵母染色体,并预计在今年年底获得完全合成的酵母基因组。杰夫·伯克表示,他们正在朝着目标稳步前进。

这项突破受到许多生物学家和遗传学家的赞赏,认为这是非常重要的进展。甚至一些担心可能会出现伦理和环境问题的生物伦理学家和环境保护主义者也对项目的谨慎细致提出了表扬。不过,对生命基础结构的操纵能力越强,对利用这一技术创造其他生物,特别是人类的合成基因组的担忧就越多。

杰夫·伯克指出,酵母研究项目之所以重要,是因为它使我们能更好地了解人类细胞如何运作。尽管酵母是单细胞生物,但却属于较为复杂的真核生物——包括了所有动物、植物、真菌和其他具有由膜包裹着的复杂亚细胞结构的生物。换句话说,酵母和人类一样具有细胞器,并能将脱氧核糖核酸(DNA)包裹在细胞核中。

“它们是理解更高级细胞基础连接机制的绝佳模型,”伯克说道。该研究项目召集了世界各地的实验室,利用DNA的4种基本化学构件——腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)——组装出了酵母染色体。伯克说:“基本上,我们是把活酵母细胞里的这些密码换成某种21世纪版本的操作系统。”Jef Boeke001

面包酵母的彩色电子显微镜图片。研究人员已经合成了酵母16条染色体中的6条,并计划在2018年底全部合成全部的染色体

研究结果显示,目前合成的6条染色体都可以在酵母细胞内正常发挥功能,甚至几条染色体可以同时插入同一个细胞。即使在单个染色体的重要部分被改写的情况下,也不影响它们的功能。“可以说,我们是在用一些十分极端的方法来‘折磨’酵母的基因组,而酵母似乎不为所动,对此毫不在意,”伯克说道。

这对于该项目的目标之一而言是好兆头,即创造出像微型工厂一样的酵母,用于生产面包、啤酒和葡萄酒以外的东西。科学家希望用酵母来生产新的药物,或者用于其他目的,比如生产新的燃料。“我们还在开发一些很实用的工具,用来改进酵母,使其能更好地为我们生产有用的产品,”伯克说道。

许多专家对此表示赞同。合成基因公司(Synthetic Genomics)的DNA技术副总监丹尼尔·吉布森(Daniel Gibson) 为这项新研究撰写了一篇文章,他说:“这项研究将使我们理解如何从基础开始,设计出能够进行重编码、有多种用途的细胞。”合成基因公司位于美国加利福尼亚州的拉霍亚,创始人是著名的生物科技传奇人物克雷格·文特尔(Craig Venter)。

伯克表示,该项目的另一个目标是对基础生物学有更新的了解。“引用理查德·费曼(Richard Feynman)对物理学的一句经典名言:‘我不能创造的东西,我就不了解’,”伯克说,“可以这么说,在某种程度上这就是我们这一领域的座右铭。”Jef Boeke002

美国纽约大学医学院的遗传学家杰夫·伯克正在研究面包酵母的DNA序列

科学家正在开发的这些技术或许还能用于合成其他更复杂生物体的基因组。例如,研究团队已经开发出一个鉴别和修复基因组的有效方法,类似于计算机程序员调试程序的过程。伯克说:“这毫无疑问是为了在更大规模基因组上进行这类操作做好准备,比如植物、动物甚至人类的基因组。”这包括合成整个人类基因组。伯克已经与哈佛大学的著名遗传学家乔治·丘奇(George Church)展开合作。

“这是一个全新的时代,我们正从微小的单基因编辑转变为在基因组中写入我们想要的任意内容,”丘奇说,“我们的目标是能够在认知允许的范围内,从根本上改变基因组。”

这样的前景令一些生物学家、环境保护主义者、生物伦理学家和其他人士感到担忧。他们担心合成微生物、植物或动物如果被意外或故意释放出来,可能会以意想不到的方式损害环境。“你可以想象成把一个入侵物种引入到陌生环境中,”美国北卡罗来纳州立大学基因工程和社会中心高级研究员托德·库伊肯(Todd Kuiken)说,“这将对整个系统产生某些影响。”

还有人担心恐怖分子可能会利用这项技术制造出新的生物武器。伯克表示,这一酵母研究项目是在缜密的保护措施和严格的伦理审查下进行的,但必须承认的是,合成人类基因组的可能性的确会令人恐慌。

“当然,人们最担忧的是我们把创造一个合成人类——由合成基因组构成的人类——作为目标,”伯克说,“而这正是我们坚持所有应用都限定在细胞工程层面上的原因,这些应用可以用于人类疾病的治疗,而不是从中制造出一个生命体。”

一些生物伦理学家表示,人类社会还远没有达到能接受合成人类基因组的程度。美国西北大学的生物伦理学家劳丽·佐罗斯(Laurie Zoloth)虽然对酵母研究项目表达了赞赏,但她也指出:“拥有这种人类基因组的知识,以及这些知识所带来的力量,对于我们所处的这个世界,这个被不公正所撕裂的世界而言,并不是一个好的出路——不是一个合理的方向。”

原文地址:http://www.eeboard.com/news/ranseti/

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