Science:第一个真核生物染色体合成

2014-3-28 15:11 来源: 生物通
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  由纽约大学Langone医学中心系统遗传学研究所主任Jef Boeke领导的一个国际研究小组宣布,他们已经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重大进步。这一研究成果公布在3月27日Science杂志上。

  在过去的五年中,科学家们已经完成了细菌染色体和病毒DNA的构建 ,但此次的完整真核生物染色体还属于首次报道,研究人员表明,他们的这项成果也是自1996年以来,酵母遗传学研究领域的最重要成果之一(1996年科学家们初步绘制出了酵母完整DNA编码基因图谱)。

  “我们的研究实现了合成生物学从理论到现实的转变”,Boeke博士解释道,这位科学家是合成生物学领域的领衔科学家,近期离开约翰霍普金斯大学加入了纽约大学Langone中心。

  “这是有史以来构建的最广泛可变染色体,但这项研究中真正称得上是里程碑的还是将这一染色体整合进了一个活体酵母细胞中。我们发现携带这种合成染色体的酵母细胞相当正常,它们与野生酵母细胞几乎一模一样,不过这些细胞具有野生酵母不具备的能力。”

  研究人员在Science杂志上公布了这项重要成果,他们报道了如何利用计算机辅助设计,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)。

  这项研究历时七年,构建的synIII染色体含有273 ,871个碱基对 ,比其原态酵母短(316,667个碱基对)。Boeke博士和他的团队对这一染色体进行了500多处改变,移除了47,841个DNA碱基对重复部分,他们认为这些序列对于染色体复制和生长并无用处。

  而且研究人员也去除了一些被认为是垃圾DNA的序列,比如不能编码任何特殊蛋白的序列,能任意移动的“跳跃基因”片段。此外研究人员还添加或改变了一些序列,用以标记DNA(区分天然还是合成的)。

  “改变基因组就像是在赌博,一个错误的变化就可以杀死细胞, ”Boeke博士解释说。 “我们已经在染色体上作出了50,000多处的更改,但酵母菌仍活着,这非常重要,说明我们合成的染色体生命力顽强,赋予了酵母新的属性。”

  这项艰巨的任务是由“Build a Genome”项目中60位本科生协助完成的,这一项目是Boeke博士在约翰霍普金斯大学时发起的。研究人员将合成的DNA短片断拼凑成 750-1000个,或更多的碱基对片段,这部分由约翰霍普金斯大学Srinivasan Chandrasegaran教授领导完成, Chandrasegaran同时也是synIII研究的主要研究人员之一。

  这项研究是一项国际性研究成果,简称为Sc2.0,一些学术性研究机构参与构建了整个酵母基因组,比如中国,澳大利亚,新加坡,英国和美国的科学家。

  酵母可以用来制造啤酒、生物燃料及药物,当它们一旦配备了全套合成的且可变的染色体时,比如在此项研究中所设计的染色体,这种单细胞生物就可以生产出这些重要商品的更好的版本,其中包括新的抗生素或对环境更友善的生物燃料。