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合成酵母染色体意义非凡

已有 1378 次阅读 2017-3-11 13:46 |个人分类:自然科学|系统分类:海外观察

最近《科学》封面文章是关于酵母染色体合成的研究,其中中国科学家主要负责了其中大部分研究。虽然有学者认为这一系列研究的思路是美国学者,我们的工作只是单纯的工作量,并没有原创思想。其实这种研究类似于人类基因组计划,虽然本身看上去是工作量,但工作过程仍然需要非常重要的技术和设计实现能力,更重要的是,在完成这种工作过程中,需要解决一些关键技术,也能在改进技术方面有了机会。在这样工作基础上,可以设计更复杂的物种重组技术,甚至可以对人类基因组进行重建。这应该是合成生物学领域的重要技术节点,非常值得鼓励和表扬。也祝愿我们的科学家未来能向更高更快更复杂的研究进军。


我们的科学家作为主力参与这种国际大型研究计划,本身说明我们的经费、技术和人才优势已经在国际上受到重视,这不是上世纪末人类基因组计划的时代,也不是胰岛素合成用举国之力的时代,这是我们的部分科学家依托国家资源参与国际科技合作的一个典型案例,将来这种合作会更多。相信我们的科学家也会从参与合作到主导学术方向方向逐渐进步。

http://www.nature.com/news/synthetic-yeast-chromosomes-help-probe-mysteries-of-evolution-1.21615

美国进化生物学家史蒂芬·杰伊·古尔德1941—2002曾经提出,科学家未来或许能把生命像录像带一样重新演示。最近几年,合成生物学家已经对这个概念进行了实质性探索。本周《科学》杂志发表了中国科学家为主从头合成酵母染色体,能在酵母细胞内正常发挥功能,就是对这个猜想最精彩的验证,说明人类确实有可能重新合成生命,包括复杂生命。这7篇论文中重新设计了5个酵母染色体,此前完成的酵母染色体合成工作,现在已经完成了对酵母1/3染色体合成的任务。这个工作是多个国家200多个科学家合作的一项国际合作项目,根据计划2017年内完成酵母全部染色体的合成任务。这也是自人类基因组计划后关于基因组研究的一次大型国际研究项目。

加利福尼亚维尔生物技术公司创始人之一杰克·纽曼说,这一研究非常出色,因为合成染色体不是简单组装基因序列那么容易,需要经过设计-制作-检验-学习的多个步骤。研究方法类似于计算机科学家试图理解计算机编写的代码,但是染色体经历了数百万年的进化历程,酵母起源于5000万多年前,人类用其中一种真菌作为酿酒工具。这说明这是一个真正意义的生物工程技术,能于历史上基因重组相比,且意义更大。

2010年,遗传学家克雷格·文特尔的团队率先合成了支原体的精简版基因组。2015年,纽约大学Langone医学中心酵母遗传学家杰夫伯克小组合成了一个酵母染色体。酵母虽然是单细胞生物,但属于真核细胞,其他先进和复杂程度远远超过细菌等原核生物,更接近于高等动物和植物。文特尔的目标是实现维持生命所需的最小基因组,但是伯克则是要探索生命进化的最基本问题,例如证明酵母是否可以通过替代路线进化。伯克希望了解的一个问题是如果改变一个基因组,这种细胞是否能继续正常运转。为了回答这个问题,伯克把酿酒酵母的16条染色体分配给团队合作者,这些合作者分别来自美国、英国、中国、新加坡和澳大利亚。每个小组负责重建一个稳定的染色体,并能保持酵母细胞的正常生存。

各个团队首先使用计算机程序设计各自的染色体编码。为了获得稳定的版本,他们对基因组进行了重新设计,如把天然酵母染色体一些基因组的重复部分序列剔除。另外把随机突变等进化模式整合到程序中,可以根据需要对染色体进行洗牌,复制和删除随机基因等。巴黎巴斯德研究所小组的工作显示,对酵母染色体的核心结构进行修改也能继续保持酵母的生存能力。伯克表示,这种看起来似乎是对酵母基因组的酷刑样修改,都不影响其生存让人十分吃惊。



http://blog.sciencenet.cn/blog-41174-1038864.html

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1 蔡小宁

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