壽命最短的遺傳物質(zhì)

從巨大的藍(lán)鯨到微小的細(xì)菌——所有生物的藍(lán)圖都是由它們基因組中的四個(gè)堿基對(duì)序列編碼的?，F(xiàn)在，研究人員合成了最小的基因組，可以讓生命成為可能：53.1萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)，構(gòu)成473個(gè)基因，然后可以賦予細(xì)菌代謝和繁殖的能力。然而，在大約三分之一的這些基因中，這種功能仍然未知。在基因組最小的新細(xì)菌的幫助下，研究人員現(xiàn)在想進(jìn)一步破譯生命的基本知識(shí)。

由美國(guó)生物化學(xué)家克雷格文特爾(Craig Venter)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)在2010年登上了頭條，成功地用完全人工設(shè)計(jì)的基因組創(chuàng)造了活細(xì)菌。研究人員通過(guò)特殊的基因工程重新合成了基本配對(duì)分枝桿菌的遺傳物質(zhì)。然后，他們將實(shí)驗(yàn)室產(chǎn)生的遺傳物質(zhì)植入密切相關(guān)的細(xì)菌摩羯座支原體的細(xì)胞中，該細(xì)菌之前已經(jīng)去除了自己的遺傳物質(zhì)。最后，受體實(shí)際上實(shí)現(xiàn)了一個(gè)新的“生物軟件”:山羊支原體細(xì)胞變成了人工支原體細(xì)菌，稱(chēng)為JCVI-syn1.0。

哪些基因絕對(duì)至關(guān)重要？

對(duì)于他們目前的研究，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)始研究這樣一個(gè)問(wèn)題：JCVI syn1.0基因組可以縮小到什么程度——哪些遺傳因素對(duì)于以最簡(jiǎn)單的形式實(shí)現(xiàn)生命是絕對(duì)必要的？事實(shí)上，除了基因組中未使用的序列之外，所有生物中都有許多基因，它們的功能對(duì)于基本的生命過(guò)程來(lái)說(shuō)并不是必需的。在這方面，支原體的基因組已經(jīng)是創(chuàng)紀(jì)錄的極簡(jiǎn)主義者。但是正如研究人員現(xiàn)在展示的，許多遺傳物質(zhì)可以被刪除。

為了找出哪些基因在基本功能中是可有可無(wú)的，研究人員刪除了一個(gè)又一個(gè)基因，并檢查了沒(méi)有相應(yīng)的遺傳物質(zhì)，細(xì)菌是否還能存活。如果發(fā)現(xiàn)基因不需要生存，就會(huì)從基因組中剔除。在這個(gè)基因減肥過(guò)程的最后，終于有了一個(gè)只包含473個(gè)基因的基因組——大約是原始基因組的一半。它是最小的基因組，仍然允許獨(dú)立生存。呼吸生命的細(xì)菌現(xiàn)在被稱(chēng)為JCVI綜合癥3.0

巨大的研究潛力

研究人員報(bào)告說(shuō)，轉(zhuǎn)基因生物的473個(gè)基因現(xiàn)在提供了更多的研究潛力：盡管它們顯然有如此重要的基礎(chǔ)，但其中31%的基因具有不清楚的生物功能。到目前為止，他們只能說(shuō)這些基因明顯出現(xiàn)在其他生物身上。這似乎表明這些基因?qū)嶋H上介導(dǎo)了基本的生物功能。

除了研究生物學(xué)和進(jìn)化的基礎(chǔ)知識(shí)，JCVI-syn3.0現(xiàn)在代表了合成生物學(xué)新興分支的一個(gè)里程碑。人工遺傳物質(zhì)的微生物有許多可能的用途：從藥物到生物燃料，實(shí)驗(yàn)室的“創(chuàng)造”可以產(chǎn)生許多令人垂涎的物質(zhì)。然而，批評(píng)人士也警告說(shuō)，這種新技術(shù)可能存在內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)：例如，恐怖分子可以生產(chǎn)生物燃料，或者人造生物可能在環(huán)境中傳播，因此他們感到擔(dān)憂(yōu)。除了研究生物學(xué)和進(jìn)化的基礎(chǔ)知識(shí)，JCVI-syn3.0現(xiàn)在代表了合成生物學(xué)新興分支的一個(gè)里程碑。人工遺傳物質(zhì)的微生物有許多可能的用途：從藥物到生物燃料，實(shí)驗(yàn)室的“創(chuàng)造”可以產(chǎn)生許多令人垂涎的物質(zhì)。然而，批評(píng)人士也警告說(shuō)，這種新技術(shù)可能存在內(nèi)在風(fēng)險(xiǎn)：例如，恐怖分子可以生產(chǎn)生物燃料，或者人造生物可能在環(huán)境中傳播，因此他們感到擔(dān)憂(yōu)。

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