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基因工程新突破!科学家开发出迷你人造细胞 能像天然细胞一样生长分裂

Emma Chou

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在基因工程领域的一项新突破中,科学家们开发出了一种单细胞合成有机体,它的生长和分裂非常像天然细胞,模仿了细胞分裂周期的某些方面,而细胞分裂周期是构成并产生健康的细胞生命的基础。

这一成就在一种名为JCVI-syn3A的工程单细胞细菌样生命形式上得到了证明,这是科学家们几十年来探索个体基因在生物体内发挥作用的基因组测序和分析的结果。

“我们的目标是了解每个基因的功能,这样我们就可以建立一个完整的细胞工作模式。”麻省理工学院和国家标准与技术研究所(NIST)的生物物理学家詹姆斯·佩尔蒂埃(James Pelletier)说。

这项工作的起源可以追溯到上世纪90年代,但最新的进展发生在本世纪。2003年,研究人员成功合成了一种感染细菌的小型病毒。

这带来了2010年的一项新突破,马里兰州J. Craig Venter研究所(JCVI)的科学家们设计了第一个合成细菌细胞,称为JCVI-syn1.0:地球上第一个完全合成基因组的有机体,通过剥离真菌支原体的天然DNA来改造。

几年后,该团队又向前迈进了一步,在实验室中创造了一种基因密码比自然界中发现的任何细菌都小的细菌物种。

这种有机体被称为JCVI-syn3.0,总共只有473个基因,比自然界中任何已知的自我维持的活的有机体都要短。

但是,尽管JCVI-syn3.0的小型化基因工具包使其能够通过细胞分裂来延续自己的生命,但它以一种不同寻常的方式做到了这一点,在其创造的新细胞中产生“惊人的形态变异”,这些新细胞以各种不同的形状和大小出现。

现在,同一研究小组的成员已经找到了一种方法来防止这些奇怪的形态发生,即JCVI-syn3.0的新修改版本,称为JCVI-syn3A。

由于添加了19个JCVI-syn3.0中不存在的基因,新型的JCVI-syn3A能够以更正常、更一致的方式进行细胞分裂,形态变异明显少于JCVI-syn3.0。

尽管这一成就的背后是多年辛苦,但这些基因中仍隐藏着大量的谜团。

例如,虽然JCVI-syn3A具有19个新基因,但只有7个基因被认为在使其细胞分裂过程以更常规的方式运行中发挥作用。在这7个基因中,只有两个被称为ftsZ和sepF的基因的功能被确定。

另外5个基因是如何对JCVI-syn3A的形态一致性做出一定贡献的还不得而知,但有一件事是肯定的:这个微小的基因组现在代表了新的实验标准,可以帮助我们确定这些基因在生物体内部的作用。

研究人员在论文中解释说:“JCVI-syn3A因此为细菌生理学和广泛的工程生物学平台提供了一个引人注目的最小模型。”

或者正如NIST细胞工程小组组长伊丽莎白·斯特瑞查尔斯基(Elizabeth Strychalski)所说:“我们想要了解生命的基本设计规则。如果这个细胞能够帮助我们发现和理解这些规则,那么我们就可以开始新征程了。”

研究结果发表在《细胞》杂志上。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考资料:

https://www.sciencealert.com/scientists-have-built-a-synthetic-cell-that-grows-and-divides-normally

https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(21)00293-2?_returnURL=https%3A%2F%2Flinkinghub.elsevier.com%2Fretrieve%2Fpii%2FS0092867421002932%3Fshowall%3Dtrue


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