大腸桿菌基因組大改寫:重新編碼的細菌依然活著,但成長速度較慢

作者 | 發布日期 2019 年 05 月 18 日 10:03 | 分類 生物科技 , 醫療科技 follow us in feedly

這是一種全新的生命形式嗎?來自英國劍橋大學科學家,以人工合成出基因組長度含 400 萬個鹼基對的大腸桿菌,徹底重寫細菌的 DNA 並砍掉一些冗贅遺傳密碼。研究人員指出,擁有新基因組的大腸桿菌根據一套全新生物學規則運作,生長速度比正常菌株稍慢,但很難區分出誰是天然細菌、誰是合成細菌。



細胞染色體中,控制某一性狀表現(比如大拇指能否彎曲、耳垂是否分離、單眼皮或雙眼皮、髮色為黑色或金色等)的 DNA 片段稱為基因,而一套染色體完整的 DNA 序列稱為基因組(包含基因和非編碼 DNA),內有一個生物體攜帶的遺傳訊息。

每個基因由一連串核苷酸組成,每個核苷酸由鹼基(A、T、C、G)、戊糖(即五碳糖)和磷酸三部分構成;DNA 長鏈上連續 3 個核苷酸再形成一組密碼子(codon),每個密碼子決定一種胺基酸或終止訊號,由胺基酸構成的蛋白質則負責執行各種功能,這些密碼子就是遺傳密碼(Genetic code)。

而劍橋大學團隊的實驗持續了 2 年,研究人員想知道如果剔除一些冗贅的遺傳密碼,是否會影響生物體。首先他們重新設計遺傳密碼,接著以化學方法合成,然後添加到大腸桿菌(Escherichia coli,簡寫:E. coli)DNA 中取代原本的天然基因組,且剔除掉 2 組遺傳密碼,最終製造出含 400 萬個鹼基對的人工基因組,形成 DNA 代碼被徹底改變的新型微生物,稱為「Syn61」。

新型大腸桿菌成長速度比正常的大腸桿菌慢,領導這項研究的合成生物學專家 Jason Chin 指出,合成基因組可能會帶來一些好處,比如病毒無法入侵重新編碼過的細胞(編碼方式不同,但執行的功能都沒變),也可以讓科學家替細胞蓋一座「基因防火牆」,避免基因移到其他物種身上時發揮作用。

更或者,一個完全重新編碼的生命、具有全新化學成分的分子可能誕生。除現有已知的 20 種蛋白質胺基酸外,也許科學家能編碼新的密碼子,製造出能夠在體內執行新功能的新蛋白質。新論文發表在《自然》(Nature)期刊。

(首圖來源:pixabay