科学家创造出第一个计算机生成的基因组

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  苏黎世联邦理工学院(ETH Zurich)的科学家创造了第一个完全由计算机生成的生物体基因组。这种名为 Caulobacter ethensis-2.0 的全新基因组是通过基本上清理和简化一种叫做 Caulobacter crescentus 的细菌的天然代码而建立的。目前,它作为一个大的 DNA 分子存在,而不是生物体本身,但该团队表示,这是创造完全合成的生命和药用 DNA 分子的重要一步。

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  十多年前,由遗传学家 Craig Venter 领导的团队创造了第一个“合成”细菌,它基本上是 Mycoplasma mycoides 基因组的数字拷贝。然后将其植入受体细胞中,发现它是真实生物的可行形式,甚至可以“自我复制”。

  这项新研究以先前的工作为基础,向完全合成生活迈进了一步。如果早期的创作是真实有机体的数字“重制版”,那么新项目就是一个“混录版” - 团队采用了与原作相配合的东西,并对它进行了微调,以提高效率。

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  研究人员从 C. crescentus 基因组开始,该基因组天然含有4,000 个基因。像大多数生物一样,这些基因中的大多数都是“垃圾 DNA”,科学家们之前发现,其中只有大约 680 个是生命所必需的。已发现“最小基因组”足以在实验室中保持细菌存活。

  从C. crescentus 的最小基因组开始,该团队通过去除冗余来进一步削减它。在许多情况下,氨基酸可以组合成几种不同的组合以达到相同的效果,因此团队开发了一种算法来计算出理想的 DNA 序列。最后,研究人员替换了最小基因组中 80 万个 DNA 字母的六分之一。

  “通过我们的算法,我们将基因组完全重写为一个新的 DNA 字母序列,不再像原始序列那样,”该研究的共同主要作者 Beat Christen 说道。“然而,蛋白质水平的生物学功能保持不变。”

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  为了测试这些基因组是否仍能正常运作,研究人员随后设计了具有天然 Caulobacter 基因组和人工细胞的细菌。他们关闭了一些自然基因并检查了人工基因是否介入做同样的工作。他们的成功率相当不错,680 个人工基因中约有 580 个具有功能性。

  “凭借我们所获得的知识,我们可以改进我们的算法并开发一个功能齐全的基因组 3.0 版本,”Christen 说道。“我们相信,很快就有可能生产出具有这种基因组的功能性细菌细胞。”

  该研究发表在《PNAS》期刊上。