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      科學家首次合成真核生物染色體

       

        美國科學家首次培育出酵母菌的人工合成染色體。酵母菌細胞擁有大約6000個基因,其中有大約三分之一與人類相同,雖然酵母菌是一種非常簡單的生物

       

        綜合外電3月31日報道,紐約大學的遺傳學家杰夫-伯克本周宣布,一支由多國科學家組成的研究小組設計了一種新基因組并將其植入細胞。這種基因組經過大幅改造,和與之相對應的天然基因組截然不同。研究過程中,科學家讓基因組的遺傳基發生了500種變化。這一研究成果意味著科學家在朝著設計完美人類基因的道路上又往前邁進一步。

        此項研究由伯克領導。他指出:“改造基因組就像賭博一樣,一個錯誤便會殺死細胞。”慶幸的是,伯克等人植入的細胞存活下來并使用它的新基因組。這個細胞可以繁殖,繁殖后產生的細胞也攜帶這個新基因組。這一研究成果意味著科學家在朝著設計完美人類基因的道路上又往前邁進一步。

        4年前,研究人員在電腦上“復制”基因組,而后在實驗室培育,最后植入細胞,觀察發生的變化。科學家當時表示這是一項巨大進步。他們第一次培育出合成細菌細胞。伯克表示新研究成果又是一項重大突破。他說:“我們的研究讓合成生物學從理論走向現實。”這項研究突破意味著科學家能夠改變活生物的設計。

        伯克的研究小組培育的新基因組和細胞復雜程度更高,進一步接近人類。他們在研究中使用的是酵母菌。酵母菌細胞、人類細胞以及動植物細胞都是真核細胞,細胞核外包裹著細胞膜。人類染色體處在細胞核內,由長長的DNA鏈構成。它們向紗線一樣纏繞,形成我們熟悉的X形和Y形。人類染色體被稱之為“真核生物染色體”。

        紐約大學稱伯克等人的研究突破標志著科學家有史以來第一次成功培育出人造真核生物染色體。伯克等科學家將這種染色體稱之為“synIII”。他們用了7年時間培育synIII,期間獲得大約60名學生的協助,此外還借助電腦建模技術。研究過程中,每名學生負責“組裝”大約1000個堿基對,形成DNA鏈。他們“組裝”的一條DNA鏈共有273871個堿基對。相比之下,酵母菌的天然染色體由316667個堿基對構成。堿基對減少是設計和改造的結果。伯克和他的研究剔除了47841個重復其他對的堿基對以及一些“垃圾”DNA。經過設計的synIII非常干凈,是原版的改進型號。

        酵母菌細胞擁有大約6000個基因,其中有大約三分之一與人類相同,雖然酵母菌是一種非常簡單的生物。這種相似性能夠降低研究難度。紐約大學稱酵母菌基因的名氣可能超過其他任何生物。雖然也在進行人類基因研究,但伯克并不打算設計一組合成人類染色體。他的目標是打造培育一個完整的酵母菌細胞所需的所有16個染色體。目前,他的研究已經取得進展。

        目前,科學家正在尋找加快“組裝”DNA鏈速度的方式,目標是達到最初的10倍,進而加快染色體的合成。此外,伯克還希望改進酵母菌細胞。現在,他的研究小組能夠操控酵母菌的基因,就像玩一副紙牌一樣。他說:“我們希望拿到一副好牌,讓酵母菌能夠在一系列極端環境下存活,例如高酒精水平環境。”可忍受高酒精水平環境的酵母菌能夠提高啤酒的烈度。如果能夠對酵母菌的基因進行編程,科學家還可以利用經過設計的酵母菌研發藥物、疫苗和燃料。

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