合成生物学已经在改写生命。
2023年底,科学家 显露的酵母细胞 他们一半的基因蓝图被人工 DNA 取代。这是一个“分水岭”时刻 历时18年的项目 设计每个酵母染色体的替代版本。尽管有七个半合成染色体,这些细胞仍能繁殖并茁壮成长。
一项新的研究 让我们沿着进化阶梯向上,走向设计师植物。
在一个名为 SynMoss 的项目中,中国的一个团队重新设计了一种苔藓中单个染色体的一部分。由此产生的部分合成植物正常生长并产生孢子,使其成为第一个具有多个细胞且携带部分人工染色体的生物之一。
与合成酵母相比,植物染色体的定制变化相对较小。但这是朝着完全重新设计高级生物体基因组迈出的一步。
在接受记者采访时 科学伦敦帝国理工学院的合成生物学家汤姆·埃利斯博士表示,这“给那些认为合成基因组只适用于微生物的人敲响了警钟”。
升级生活
重写生活的努力不仅仅是为了满足科学好奇心。
修改 DNA 可以帮助我们破译进化历史,并查明保持染色体稳定或导致疾病的关键 DNA 片段。这些实验还可以帮助我们更好地了解 DNA 的“暗物质”。散落在基因组中的、不编码蛋白质的神秘序列长期以来一直困扰着科学家:它们是有用的还是只是进化的残余?
合成有机体还使得设计生物变得更加容易。例如,细菌和酵母已经被用来酿造啤酒和生产胰岛素等救生药物。通过添加、切换或删除基因组的某些部分,可以赋予这些细胞新的能力。
在最近的一项研究中例如,研究人员对细菌进行了重新编程,以使用自然界中不存在的氨基酸构件来合成蛋白质。 在另一 在研究中,一个团队将细菌变成了咀嚼塑料的终结者,将塑料废物回收成有用的材料。
虽然令人印象深刻,但细菌是由与我们不同的细胞组成的——它们的遗传物质漂浮在周围,使它们更容易重新连接。
合成酵母项目 是一个突破。与细菌不同,酵母是真核细胞。植物、动物和人类都属于这一类。我们的 DNA 被保护在一个称为细胞核的坚果状气泡内,这使得合成生物学家的调整变得更具挑战性。
就真核生物而言,植物比酵母(一种单细胞生物)更难操纵,因为它们含有协调生长和繁殖的多种细胞类型。根据每个细胞的功能,染色体的变化可能会产生不同的结果,进而影响植物的健康。
“多细胞生物中的基因组合成仍然是未知领域,”该团队在论文中写道。
缓慢而稳定
该团队没有从头开始构建一个全新的基因组,而是对现有的苔藓基因组进行了修改。
这种绿色绒毛已在实验室中得到广泛研究。 早期分析 对苔藓基因组的研究发现它有 35,000 个潜在基因——对于植物来说极其复杂。它的所有 26 条染色体均已完成测序。
因此,该植物是“进化发育和细胞生物学研究中广泛使用的模型”,该团队写道。
苔藓基因很容易适应环境变化,尤其是那些修复阳光造成的 DNA 损伤的基因。与其他植物(例如生物学家青睐的另一种模型拟南芥)相比,苔藓具有耐受较大 DNA 变化和更快再生的内在能力。研究小组解释说,在重写基因组时,这两个方面都是“必不可少的”。
另一项福利?苔藓可以从单个细胞长成完整的植物。这种能力是合成生物学家的梦想,因为仅改变一个细胞中的基因或染色体就可能改变整个生物体。
就像我们自己的染色体一样,植物染色体看起来像一个带有两条交叉臂的“X”。在这项研究中,研究小组决定重写植物中最短的染色体臂——18号染色体。这仍然是一个艰巨的项目。此前,最大的替换仅为约5,000个DNA字母;新研究需要替换超过 68,000 个字母。
该团队写道,用“重新设计的大型合成片段取代天然 DNA 序列提出了巨大的技术挑战”。
他们采取了分而治之的策略。他们首先设计了中等大小的合成DNA块,然后将它们组合成染色体臂的单个DNA“巨型块”。
新设计的染色体有几个显着的变化。它被剥夺了转座子或“跳跃基因”。这些 DNA 块在基因组中移动,科学家们仍在争论它们是否对正常生物功能至关重要,或者是否会导致疾病。研究小组还在染色体上添加了 DNA“标签”,将其标记为合成的,并改变了它调节某些蛋白质制造的方式。
总体而言,这些变化使染色体的大小减少了近 56%。将设计染色体插入苔藓细胞后,研究小组将它们培育成成年植物。
半合成花
即使基因组经过大量编辑,合成的苔藓仍然出人意料地正常。这些植物很容易长成具有多个分支的多叶灌木,并最终产生孢子。所有的繁殖结构都与野生环境中发现的相似,这表明半合成植物具有正常的生命周期,并且有可能繁殖。
这些植物还保持了对高盐环境的适应能力——这在它们的天然植物中也能看到,这是一种有用的适应能力。
但合成苔藓确实有一些意想不到的表观遗传怪癖。表观遗传学是研究细胞如何打开或关闭基因的科学。与天然苔藓相比,染色体的合成部分具有不同的表观遗传特征,具有比平常更多的激活基因。该团队表示,这可能是有害的。
苔藓还为 DNA 的“暗物质”(包括转座子)提供了潜在的见解。删除这些跳跃基因似乎不会损害部分合成的植物,这表明它们可能对它们的健康并不重要。
更实际的是,结果可以 推动生物技术努力 利用苔藓生产多种治疗性蛋白质,包括对抗心脏病、治愈伤口或治疗中风的蛋白质。莫斯已被用于合成医疗药物。部分设计的基因组可以改变其新陈代谢,增强其抵抗感染的能力,并提高产量。
下一步是用合成序列替换整个 18 号染色体的短臂。他们的目标是在 10 年内生成完整的合成苔藓基因组。
这是一个雄心勃勃的目标。与酵母基因组相比,苔藓基因组要大 18 倍,酵母基因组花了 40 年时间并通过全球合作重写了一半。但随着 DNA 读取和合成技术越来越高效、越来越便宜,这一目标并非遥不可及。
类似的技术还可以激发其他项目,重新设计细菌和酵母之外的从植物到动物的生物体的染色体。
图片来源: 耐热玻璃 / 维基共享资源
- :具有
- :是
- :不是
- $UP
- 000
- 10
- 2023
- 26%
- 35%
- 40
- a
- 对,能力--
- 关于
- 根据
- 横过
- 适应
- 适应
- 添加
- 添加
- 成人
- 影响
- 后
- 驳
- 致力
- 所有类型
- 已经
- 还
- 有雄心
- an
- 和
- 动物
- 另一个
- 保健
- ARM
- 武器
- 围绕
- 人造的
- AS
- 方面
- 菌
- BE
- 因为
- 很
- 啤酒
- before
- 更好
- 超越
- 大
- 生物学
- 生物技术
- 吹氣梢
- 蓝图
- 促进
- 都
- 分支机构
- 突破
- 泡沫
- 建筑物
- 内建的
- 但是
- by
- 呼叫
- 被称为
- CAN
- 能力
- 携带
- 产品类别
- 原因
- 细胞
- 细胞
- 一定
- 挑战
- 挑战
- 更改
- 更改
- 便宜
- 中国
- 染色体
- 合作
- 学院
- 打击
- 结合
- 相比
- 完全
- 复杂
- 包含
- 贡献
- 协调
- 可以
- 同行
- 信用
- 危急
- 交叉
- 好奇心
- 习俗
- 周期
- 损伤
- 辩论
- 决定
- 解码
- 根据
- 设计
- 设计
- 设计师
- 尽管
- 发展的
- DID
- 不同
- 不同
- 疾病
- 的DNA
- 别
- dr
- 梦想
- 毒品
- 每
- 早
- 更容易
- 高效
- 工程师
- 整个
- 整体
- 环境的
- 表观遗传学
- 特别
- 必要
- 终于
- 所有的
- 进化
- 例子
- 现有
- 实验
- 解释
- 广泛
- 秋季
- 远
- 快
- (名字)
- 针对
- 强大
- 发现
- 止
- ,
- 功能
- 生成
- 遗传
- 给
- 全球
- Go
- 目标
- 绿色
- 增长
- 增长
- 事业发展
- 民政事务总署
- 半
- 更难
- 伤害
- 有害
- 有
- 有
- 健康管理
- 胸襟
- 心脏疾病
- 严重
- 帮助
- 高度
- 历史
- 创新中心
- HTTPS
- 人类
- if
- 帝国
- 帝国理工学院
- 帝国理工学院
- 有声有色
- in
- 包含
- 增加
- 日益
- 感染
- 内
- 可行的洞见
- 启发
- 专属采访
- 成
- IT
- 它的
- JPG
- 只是
- 只有一个
- 保持
- 实验室
- 阶梯
- 大
- 最大
- 晚了
- 生活
- 喜欢
- 活的
- 伦敦
- 长
- 看
- 看起来像
- 制成
- 维持
- 使
- 制作
- 制造业
- 标记
- 材料
- 物料
- 问题
- 医生
- 药物治疗
- 代谢
- 可能
- 模型
- 时刻
- 更多
- 苔
- 移动
- 移动
- 多
- 神秘
- 自然
- 自然
- 几乎
- 打印车票
- 全新
- 新
- 下页
- 正常
- 通常
- 显着
- of
- 折扣
- 最多线路
- on
- 一
- 那些
- 仅由
- or
- 其他名称
- 我们的
- 输出
- 超过
- 己
- 纸类
- 部分
- 部分
- 沉船
- 员工
- 百分
- 额外津贴
- Plants
- 塑料
- 柏拉图
- 柏拉图数据智能
- 柏拉图数据
- 播放
- 可能
- 潜力
- 可能
- 几乎
- 呈现
- 先前
- 生产
- 生成
- 本人简介
- 项目
- 项目
- 保护
- 蛋白质
- 泵
- 范围
- 达到
- 容易
- 阅读
- 原因
- 最近
- 重新设计
- 重新设计
- 减少
- 相对
- 遗迹
- 修复
- 更换
- 更换
- 替代
- 复制
- 研究人员
- 弹性
- 导致
- 成果
- 换铁线
- 重写
- 说
- 满足
- 脚本
- 科学
- .
- 科学家
- 划伤
- 似乎
- 看到
- XNUMX所
- 几个
- 短
- 最短的
- 单
- 尺寸
- 小
- 一些
- 稳定
- 步
- 仍
- 策略
- 结构
- 研究
- 研究
- 学习
- 这样
- 阳光
- 出奇
- 合成
- 综合
- 合成的
- 团队
- 文案
- 技术
- 技术
- 领土
- 比
- 这
- 其
- 他们
- 博曼
- 他们
- 事
- 认为
- Free Introduction
- 那些
- 时
- 至
- 汤姆
- 了
- 向
- 治疗
- 转
- 转身
- 拧
- 二
- 类型
- 类型
- 未知
- 理解
- 意外
- 不像
- us
- 用过的
- 有用
- 运用
- 通常
- 版本
- 是
- 废物回收
- 方法..
- 为
- ,尤其是
- 这
- WHO
- 全
- 宽
- 大范围
- Wild!!!
- 中
- 伤口
- 写
- 年
- 产量
- 和风网