果蝇果蝇属的基因组不再是一串神秘地导致特定眼睛颜色、翼展或肌肉组织的碱基。 一种名为 P[acman]（用于操作的 P/ΦC31 人工染色体）的 DNA 重插入新方法可以使大约 99.9% 的果蝇属遗传密码向遗传学家开放以供检查。来自贝勒医学院的研究小组在本周的《科学》杂志上揭示了他们的创新。
过去，分析基因组的结构和功能一直是一个冒险的过程。 一旦观察到突变并确定某个基因是罪魁祸首，生物学家就会敲除该基因并引入不同的版本，以观察它们可以诱导出什么表型。 但是，现有的将缺失的 DNA 重新引入基因组的方法存在两个主要问题：首先，转基因通常最终出现在基因组的随机部分，在那里，相邻的 DNA 会调节其表达——这种现象被称为位置效应。 “这很成问题，”该研究的主要作者、遗传学家雨果·贝伦解释说，“你开始比较苹果和橘子了。” 他指出，有时引入后可能会出现表型，有时可能看不到任何效果，但科学家无法确定这是为什么。 此外，研究人员很难插入和操作大的 DNA 片段（大于 30 千碱基），因为细菌被用作 DNA 的载体。 具体而言，细菌将基因整合到称为质粒的环状 DNA 分子中，质粒将遗传片段携带到果蝇的基因组中。 然而，细菌会复制许多质粒； 由于周围有如此多的拷贝，它们经常开始重组，“你不知道你得到了什么，”贝伦指出。
据贝伦称赞为该研究的动力和领导者的研究生科恩·J. T.·范肯称，贝勒团队开发的新方法主要旨在克服先前技术的尺寸限制。 范肯首先寻找一种可以有效处理大量 DNA 的载体，最终选择了细菌人工染色体，这种染色体是几年前设计的，已知仅维持少量 DNA 拷贝（尽管如果诱导它可以产生大量拷贝）。 染色体被放入细菌中，整合到细菌载体中——这一过程称为“重组工程”。 “这种方法非常重要，因为它允许你非常快速地将几乎任何 DNA 片段整合到这些载体中，”贝伦评论道，他表示这项技术还允许科学家在基因中放入单点突变，然后将基因重新插入基因组，以及用荧光标记标记 DNA 片段。
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一旦载体准备就绪，贝勒团队希望能够每次都将其引导到基因组的特定部分，因此他们转向了一种称为 ΦC31 的技术，已知该技术在人类和小鼠细胞中有效。 贝伦和范肯将人工对接位点连接到噬菌体（一种靶向细菌的病毒），他们将其引入细菌和果蝇基因组中，作为植入后者基因组的 DNA 片段的粘附点。 “看来整个果蝇属界都在转向 ΦC31，因为它既更有效率，又是 100% 位点特异性的，”斯坦福大学的遗传学家米歇尔·卡洛斯指出，她是哺乳动物细胞中 ΦC31 整合方案研究的先驱。 她补充说，这项研究“将鼓励人们在其他生物体中使用 ΦC31 来处理更大的片段。”
印第安纳大学的生物学家托马斯·考夫曼赞扬了贝伦团队克服了先前基于载体的 DNA 导入的尺寸限制和定位特异性。 “它为分析打开了基因组的另一个区室，”他说。 “这是该模型系统中可用的转基因技术的一个进步，它开辟了新的分析途径。” 贝伦补充说，除其他外，该方法消除了重复重新引入相同转基因并寻找平均效应的需要：“现在你只需要一个转基因，因为如果你注入到同一位点，你将始终具有相同的表达水平和相同的位置效应。 因此，你不再比较苹果和橘子了，你比较的是具有细微变化的相同基因。” 贝伦声称，新方法将适用于长度达 150 千碱基的 DNA 片段——果蝇基因组由估计 14,000 个基因组成，据贝伦称，其中只有 10 个基因太大而无法用 P[acman] 操作。 他还认为，该技术将非常有效地用于研究大多数其他模型生物（包括实验小鼠）中蛋白质的结构和功能。