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5个合成酵母染色体

科学家最近在酵母中创造了五条合成染色体,这是迈向完全合成酵母基因组的一步。(©Chris Bickel/Science 2017)

世界离一种新的合成有机体更近了一步。

科学家已经创造了五种合成酵母染色体,并将它们放入酵母细胞中。染色体由组成DNA的正常字母或碱基对组成,但其序列与酵母中的自然序列稍有不同。

这种新的染色体可以帮助回答一些基本的科学问题,例如,不编码基因的部分DNA的用途是什么;这项研究的合著者、巴尔的摩约翰霍普金斯大学生物信息学教授乔尔巴德(Joel Bader)说,它们也可能有助于大规模生产癌症抗体等药物。

这一发现今天(3月9日)在《科学》杂志上发表了七篇独立的论文。[解开人类基因组:6个分子里程碑]

在2010年构建了一个基因组

,科学家成功地创造了第一个具有完全合成基因组的活生物体,一种叫做支原体的细菌。其他实验室已经调整了生命所需的基因,创造出含有生命所需最少基因的合成基因组的细菌。2014年,研究人员合成了第一条人工酵母染色体。[信息图表:科学家如何创造一个半人工生命形式]

这项新的努力是一个更大的项目的一部分,称为合成酵母基因组项目(Sc2.0),该项目旨在用合成版本取代所有16个酵母染色体。一旦这些合成版本与天然版本互换,它们就可以被修改,使产生的酵母产生工业化学品、抗生素甚至更美味的假肉,Bader说,

构建合成基因组,研究小组首先查看了包含来自天然面包酵母的所有基因数据的计算机文件。接下来,他们研究了他们希望复制的设计师基因组,并对计算机文件中的参考基因组进行了更改。从那里开始,这些文件被分割成与实验室所能制造的东西相对应的更小的序列。

从那里开始,研究小组在一个盘子里合成了单个碱基对,或者DNA的字母,然后用模板组装DNA的小片段,然后将它们组合在一起。然后将这些稍大的片段放入酵母中。酵母细胞使用一种叫做同源重组的 ... 来修复受损的DNA,研究小组利用这种能力,让细胞交换出其真正的基因代码,并用合成的DNA片段替换它。巴德说,通过一次又一次地进行这个过程,研究小组最终用合成拷贝替换了五条酵母染色体。

“令人惊奇的是,我们只是把DNA放入细胞中,酵母细胞将其组织成染色体,Bader告诉Live Science,

考虑到染色体是由紧密缠绕在被称为组蛋白的小线轴上的DNA组成的,这些线轴也被不同的化学物质修饰,这使得合成染色体的过程变得非常容易。巴德说,由于哺乳动物细胞缺乏同源重组,组装哺乳动物染色体可能更为困难。

合成的基因组与自然基因组非常相似,但研究人员删除了一些他们怀疑不需要的基因。他们还删除了三个字母序列中的一个,这些序列告诉细胞停止阅读一段DNA,并将其翻译成一种蛋白质,即停止密码子。Bader说:“我们的目标是最终重新利用这个终止密码子,潜在地制造出全新形式的氨基酸。我们的团队希望通过制造一种完全合成的酵母,他们能够回答有关DNA作用的基本问题。”。例如,许多科学家认为,在酵母的过去,病毒感染留下的碎片常常是重复的DNA序列。通过删除这些片段,研究人员

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