重写基因组理解生活

苏黎世研究组最近报告生成模型细菌合成版Caulobacter新月基因组这项工作提高我们合成染色体构建策略知识,并提供关于基本基因和规范机制的宝贵洞见

何时共生社区能宣称我们真正掌握生物并用任何期望属性合成生物系统实现时,我们需要回答两个问题:生存系统的基本组件是什么!和这些构件交互作用

合成基因组是一个有趣的方法 接近回答这些问题人造生物中最有名和最革命性的一些作品正在搭建合成染色体,这并不奇怪。2016年JCraig Venter学院报告一代最小基因组mycopsma mycoides,2017年合成Yeast2.0财团宣布重新设计、合成和替换6酵母染色体.

Caulobactersi合成

4月初苏黎世ETH集团在合成染色体集合中添加另外一种微生物Caulobacter二点零分.

Caulobacteredepsis拥有计算机生成基因组,基础为Gram负菌Caulobacter新月.非面向微生物广泛分布于淡水栖息地,是细胞循环和细胞分治研究的模型类

Caulobacter新月图像源码 :wikimedia公共.

Jonathan Venetz和他的同事使用C.日新月基因组作为一个起始点 重新设计整个生物体 产生功能版 最小基因组第一次尝试产生Caulobacterexis-1.0最小基因组约786kb和略小于700个基因C.日新月华府市4.02Mb长并含3 767基因)选择序列优化是用计算方式完成的 挖掘前研究信息 基本基因和元素加注

建设挑战

基因组Caulobacterexis-1.0无法合成deno.内含数项合成约束,而研究者无法生成3-4kb构件,这些构件后会汇编成全染色体

科学家返回设计板并进行了第二轮优化:他们消除合成约束5 668项使用同义脱氧核糖核酸序列和基因组设计优化算法.衍生染色体Caulobacter二点零分原型开放阅读框架 牛排延时序 停止codon

脱氧核糖核酸合成Caulobacter二点零分或多或少直截了当236个脱氧核糖核酸块中除一个外所有区块都很容易通过低成本合成获取,16个大区块正确组合成酵母全长染色体汇编成功,宿主酵母菌株保持完整尚存Caulobacter二点零分并不存在生物细菌,因为研究人员不报告染色体替换C.日新月或生成只包含合成脱氧核糖核酸

为何这重要

工作为何重要归根结底,尚没有合成生物体,生成基因组无法保证像细胞环境预测的那样工作答案在于提高染色体构建技巧基因组合成成本下降,更多合成报告提供,但在设计基因序列时仍面临重大挑战,更不用说全染色体工作显示计算工具组合可加速进程并产生可行合成特大序列

可能最重要的结果 从这种工作获取基本知识Venetz及其同仁发现并校正错误注解基因,测试监管区的重要性,评估插入同义变异的灵活性即便他们没有向宿主机体转移合成基因组, 也测试重新设计基因功能C.新月-发现尽管发生巨变 81.5%的基因保持功能工作线显示,虽然需要将合成基因组置入生物体以完全验证功能,计算设计和优化可加速过程可减少实验迭代数并测试分步重构

铺路合成细胞

这一切引出问题:我们多久才能看到定制完全合成微生物,为特殊应用设计?可能需要多等一阵子即使是遗传代码几十年前解密 脱氧核糖核酸似乎比数组数组复杂粗略类比中,语言不单由字母顺序和语法分解元素组成,而且还由语法和表达式组成(DNA结构调控元素)。

令人印象深刻的新合成基因组论文QQ化学合成重写细菌基因组实现设计弹性和生物功能https://t.co/f66K2KkJLm

Tom Ellis (@DrTomEllis)4月2日2019

合成生物通过重新设计理解生命的宝贵工具,对两者都适用基础研究并现实世界应用基因组合成将是一个强大的工具,我期待着更多标志性研究Venetz et al的这项工作已大增公关并被科学家同类描述为“令人印象深刻”。离可定制细胞的代代相传已向前跨出一步,我期待着进一步后续研究

条形图Venetz J,Medico L,Wölfle公元前化学合成重写细菌基因组实现设计弹性和生物功能

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