合成生物学家报告了迄今为止对细菌基因组最广泛的重组。这项壮举今天在《科学》杂志上描述，涉及重新利用大肠杆菌细菌3.8%的碱基对。
科学家们用其他产生相同成分的序列替换了其64个遗传密码子（编码氨基酸的序列）中的7个。他们通过合成55个片段的DNA来减少密码子的数量，每个片段长50,000个碱基对。他们尚未将这些片段重新组装成功能性大肠杆菌。
尽管如此，由马萨诸塞州波士顿哈佛医学院的研究人员领导的团队表示，这是推动工程改造具有新特性的生物体（如抗病毒感染）的一大步。包括哈佛大学的乔治·丘奇在内的合成生物学家于8月18日在《科学》杂志上报告了他们的研究结果。他们说，这项工作也为人类基因组编写计划提供了一个原型，该计划旨在合成人类基因组。
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重大变革
“这证明了这种 радикальное 重组是可行的，”丘奇说。
“从 64 个密码子减少到 57 个密码子，与自然界中存在的密码子截然不同，”耶鲁大学合成生物学家法伦·艾萨克斯说。他曾在耶鲁大学与丘奇合作进行过之前的密码子重编码研究，但没有参与这个项目。“这是展示遗传密码的可塑性以及如何通过重编码的基因组从生物体中提取全新的生物功能和特性的重要一步。”
丘奇的实验室和其他实验室之前已经表明，有可能重编码大肠杆菌中的单个氨基酸，从而使细菌能够掺入自然界中不存在的氨基酸。这种经过重新编程的生物体对病毒感染具有高度抵抗力，因为它们不再包含病毒利用来生存的所有天然生物体共有的遗传机制。也可以使它们完全依赖饮食中的合成氨基酸，以消除人们对重编码细菌可能从实验室逃逸并在野外造成破坏的担忧。
我们拥有这项技术
最新研究中使用的重编码是一个艰苦的过程，几年前可能还不可能实现。在过去十年中，工程改造和合成 DNA 的速度大大提高，从而实现了更具雄心的基因工程项目。
“这个项目规模空前；这是有史以来产生的最大型的完全合成基因组，也是引入基因组的功能变化最大的一次，”曾在丘奇实验室从事该项目、现任职于西雅图华盛顿大学的合成生物学家马克·拉霍伊说。
由加利福尼亚州拉霍亚 J. 克雷格·文特尔研究所的基因组企业家克雷格·文特尔领导的科学家于 3 月宣布，他们创建了一个合成基因组，该基因组基于一个去除了所有不必要基因的细菌基因组。但该生物体的基因组比大肠杆菌的基因组小一个数量级。
丘奇和他的团队现在正试图将他们重编码的大肠杆菌的 DNA 片段缝合成一个连续的基因组。然后，他们将测试这种重组的生物体是否能够存活。丘奇说，目前尚不清楚这需要多长时间；他的实验室成员估计，可能需要四个月到四年不等。
“这将是一项艰巨的努力，但看起来它将会发生，”艾萨克斯说。
本文经许可转载，并于2016 年 8 月 18 日首次发表。