中国学者参与发表Science里程碑式研究成果

2014-3-28 14:58 来源: 生物通
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  当遗传学家Ronald Davis十年前建议他的同事尝试构建一个人工酵母染色体,并将其整合进活细胞中的时候,Jef Boeke其实并没有特别在意,然而时隔多年,Boeke终于完成了这一构想,合成了第一个酵母功能性染色体,这是合成生物学领域的一项里程碑式成果。

  研究人员在3月27日Science杂志上公布了这一研究成果,参与研究的包括来自中国,澳大利亚,新加坡,英国和美国等处的科学家,其中深圳华大基因,天津大学,清华大学负责了部分染色体合成。

  2010年,引起诸多争议的美国生物学家Craig Venter宣布合成了第一个由一个合成的基因组所控制的细胞,这代表着世界上首个人造生命细胞的诞生,是人类科学历史上的一个突破性成果。Science公布革命性成果:首个合成基因组细胞

  不过这项成果是在细菌中实现的,组装真核生物基因组在此之前仍然是一个未完成的工作。最新研究建立了一个全功能的染色体,研究人员将其命名为synIII ,并成功地将这一染色体整合进啤酒酵母(Saccharomyces cerevisiae)。

  之所以选择酵母这种生物,是因为它是地球上被研究得最透彻的生物之一,酵母有16条染色体,共1200万个核苷酸。此次合成的是酵母中最小的一条染色体,包含调控酵母细胞配对和遗传交换的基因,而且酵母中有约三分之一的基因(共6000个基因)与人类相似。

  在这项研究中,研究人员采用了一种新技术,从而实现了在不损失染色体活力和功能的基础上,操控酵母DNA大片段,这种技术就是所谓的置乱技术(Scrambling Technique),能帮助科学家像洗牌一样打乱基因。

  研究人员说,利用这种技术,他们能更快的研发酵母合成菌株,用于制造罕见药物,如治疗疟疾的青蒿素,或生产某些疫苗,如乙肝肝炎。此外合成酵母还能用于生产更有效的生物燃料,如乙醇,丁醇和生物柴油。

  在进行置乱技术之前,研究人员首先需要评估synIII的健康情况,将其与天然酵母III进行比较,从单个细胞到细胞群,比较它们的生长情况与活力。在19个不同的环境条件下进行酵母繁殖,这些条件包括温度,酸度的变化,和加入过氧化氢(一种DNA损伤化学剂),找到一个增长率保持不变的条件。

  之后研究人员在125次细胞分裂后,在其中30个不同克隆细胞群中检测synIII,其遗传结构在复制过程中要保持完整,Boeke博士说,一百万次细胞分裂中出现一次染色体丢失时正常的,synIII的染色体丢失率只比天然的酵母III高出一点。

  最后研究人员成功地将一个带有synIII的非配对细胞转换成一个能配对的细胞(剔除了阻止配对的基因),这验证了置乱技术。

  研究人员发现某些细胞的生长会更为缓慢,而其它某些具有不同基因组合的细胞则会非常快速地生长。例如,通过以不同方式重组DNA,研究人员希望能够设计出可比天然酵母菌制造更多乙醇的或在困难的环境中生长得更好的酵母菌。这项工作确立了酵母菌这种选定的真核生物可作为设计合成真核生物基因组生物学的基础。

  Boeke博士表示,下一个这一国际研究小组将尝试合成更大,更快和更便宜的酵母染色体,他的研究组正在着手组装超过10,000个碱基对的大片段,他们还计划进一步分析染色体被打乱的synIII作用机制。