醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的研究人員成功地重寫了大腸桿菌或大腸桿菌的DNA組成。正如詳細(xì)描述Nature研究的論文所述，“基因組替代的規(guī)模比以前報(bào)道的任何生物體的基因組或染色體替代規(guī)模大約4倍。”

“使用減少數(shù)量的有義密碼子(59)來編碼20個(gè)規(guī)范氨基酸的有機(jī)體的產(chǎn)生表明生命可以用減少數(shù)量的同義有義密碼子進(jìn)行操作。”

密碼子是三個(gè)DNA或RNA核苷酸的序列。這些密碼子在體內(nèi)蛋白質(zhì)產(chǎn)生過程中對(duì)應(yīng)于特定的氨基酸或停止信號(hào)。DNA和RNA分子均由四個(gè)密碼子組成，蛋白質(zhì)由20個(gè)氨基酸組成。

全套密碼子稱為遺傳密碼，該遺傳密碼包括由四種DNA和RNA密碼子制成的密碼子序列的64種可能組合。在64個(gè)密碼子中，61個(gè)是氨基酸，3個(gè)是停止信號(hào)，它們表示序列的末端。

一項(xiàng)“里程碑式”研究

雖然沒有參與這項(xiàng)研究，倫敦帝國理工學(xué)院合成生物學(xué)中心主任湯姆埃利斯談到了突破的重要性。

這是一個(gè)具有里程碑意義的[研究]。沒有人在規(guī)?；蛘咧暗淖兓瘮?shù)量方面做過類似的事情。“

湯姆埃利斯

新創(chuàng)建的合成基因組采用全新方法構(gòu)建，長度為400萬堿基對(duì)。為了對(duì)這個(gè)新基因組進(jìn)行透視，九年前創(chuàng)建了另一個(gè)合成基因組，其長度僅為100萬個(gè)堿基對(duì)。

Jason Chin領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究，目前是醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目負(fù)責(zé)人，同時(shí)也是化學(xué)和合成生物學(xué)中心的負(fù)責(zé)人。除了這些職位，他還是劍橋大學(xué)化學(xué)與化學(xué)生物學(xué)教授。

Chin想要理解為什么所有生物都以同樣的方式編碼遺傳信息。

“細(xì)胞中每個(gè)氨基酸的產(chǎn)生是由排列在DNA鏈中的三個(gè)堿基引導(dǎo)的，”Chin解釋說。“這些三重奏中的每一個(gè)都被稱為密碼子。例如，密碼子TCT確保稱為絲氨酸的氨基酸附著在新蛋白質(zhì)的末端。

“由于只有20種氨基酸，你認(rèn)為基因組只需要20個(gè)密碼子來制造它們。但由于沒有人理解的原因，遺傳密碼充滿了冗余。氨基酸由61個(gè)密碼子編碼，而不是20個(gè)。例如，絲氨酸的產(chǎn)生由六個(gè)不同的密碼子控制。“

Chin詢問所有這些“DNA塊”是否對(duì)生命至關(guān)重要，但由于生命“普遍”使用了64個(gè)密碼子，因此尚未找到答案。為了更接近找到答案，Chin和他的實(shí)驗(yàn)室制作了一個(gè)基因組，可以幫助他更深入地了解這個(gè)問題。

遺傳藍(lán)圖

Chin和他的同事們?cè)谟?jì)算機(jī)上創(chuàng)建了大腸桿菌基因組的修改版本，該計(jì)算機(jī)使用61個(gè)密碼子來創(chuàng)建大腸桿菌所需的氨基酸。

研究人員發(fā)現(xiàn)，大腸桿菌基因組僅使用四個(gè)密碼子來制造絲氨酸而不是通常的六個(gè)。這四個(gè)密碼子僅包括兩個(gè)終止密碼子而不是三個(gè)。

該論文解釋說，他們記錄了“18,214個(gè)密碼子來創(chuàng)建一個(gè)具有61個(gè)密碼子基因組的生物體。”它繼續(xù)說，“這個(gè)生物體使用59個(gè)密碼子編碼20個(gè)氨基酸，并能夠刪除以前必需的轉(zhuǎn)移RNA。 ”

在替換了18,214個(gè)密碼子之后，研究人員留下了一個(gè)新基因組的藍(lán)圖，該基因組長達(dá)400萬個(gè)堿基對(duì)。將實(shí)驗(yàn)室合成的DNA導(dǎo)入大腸桿菌基因組是下一個(gè)挑戰(zhàn)。

基因組太長太復(fù)雜，不能立即引入細(xì)胞。為了解決這個(gè)問題，研究人員建立了小片段，并將它們逐個(gè)放入大腸桿菌基因組中。完成此過程后，沒有留下任何自然區(qū)段。

盡管對(duì)大腸桿菌基因組進(jìn)行了廣泛的改變，但在該過程結(jié)束時(shí)它仍然存活，盡管細(xì)菌生長比天然大腸桿菌慢得多，并且其細(xì)胞比其天然對(duì)應(yīng)物長。

湯姆埃利斯沒有參與這項(xiàng)研究，但評(píng)論道，“在規(guī)?；蛘咧暗淖兓瘮?shù)量方面，沒有人做過像這樣的事情。”

地平線上的“新生物”

在紐約時(shí)報(bào)為物質(zhì)寫的一篇文章中，卡爾齊默說：

有朝一日取得的成就可能會(huì)導(dǎo)致生產(chǎn)新藥或其他有價(jià)值分子的生物，如生活工廠。這些合成細(xì)菌也可能提供關(guān)于遺傳密碼如何在生命早期出現(xiàn)的線索。“

該論文指出，該研究的下一步將包括更多地描述同義密碼子壓縮的后果以及調(diào)查其他重新編碼方案。