科学家研究的所有生命形式的DNA序列都存储在美国国家生物技术信息中心拥有的数据库中。 1 月 2.0 日，数据库中出现了一个新条目：“Caulobacter ethensis-2.0”。 这是世界上第一个完全由计算机建模然后合成的生物体合成基因组，由苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科学家开发。 然而，需要强调的是，虽然C.ethensis-XNUMX的基因组以大DNA分子的形式成功获得，但相应的活体生物体尚不存在。
这项研究工作是由实验系统生物学教授 Beat Christen 和他的化学家兄弟 Matthias Christen 进行的。 新基因组名为 Caulobacter ethensis-2.0，是通过清理和优化 Caulobacter crescentus 细菌的自然密码而创建的，Caulobacter crescentus 是一种生活在世界各地淡水中的无害细菌。
十多年前，遗传学家克雷格·文特尔（Craig Venter）领导的团队创造了第一个“合成”细菌。 在工作过程中，科学家们合成了蕈状支原体基因组的副本，然后将其植入载体细胞中，结果证明该载体细胞完全可行并保留了自我繁殖的能力。
这项新研究延续了克雷格的工作。 如果说之前科学家们创建了真实生物体 DNA 的数字模型，并在此基础上合成了分子，那么新项目则更进一步，使用原始 DNA 代码。 科学家们在合成它并测试其功能之前对其进行了广泛的改造。
研究人员从原始的 C. crescentus 基因组开始，其中包含 4000 个基因。 与任何生物体一样，这些基因大多数不携带任何信息，是“垃圾DNA”。 经过分析，科学家们得出的结论是，维持实验室细菌的生命所需要的大约只有680种。
在去除垃圾 DNA 并获得 C. crescentus 的最小基因组后，研究小组继续他们的工作。 生物体 DNA 的特点是存在内置冗余，即同一蛋白质的合成是由链的几个部分中的不同基因编码的。 研究人员在优化中替换了 1 个 DNA 字母中的 6/800 以上，以删除重复的代码。
该研究的联合主要作者 Beat Christen 表示：“借助我们的算法，我们已将基因组完全重写为新的 DNA 字母序列，该序列不再与原始序列相似。” “与此同时，蛋白质合成水平的生物学功能保持不变。”
为了测试所得的链是否能在活细胞中正常工作，研究人员培养了一种细菌菌株，该菌株的 DNA 中既有天然的柄杆菌基因组，又有人工基因组片段。 科学家们关闭了单个自然基因，并测试了人工基因发挥相同生物学作用的能力。 结果令人印象深刻：580 个人工基因中约有 680 个被证明具有功能。
“凭借所获得的知识，我们将能够改进我们的算法并开发新版本的基因组 3.0，”Kristen 说。 “我们相信，在不久的将来，我们将创造出具有完全合成基因组的活细菌细胞。”
在第一阶段，此类研究将帮助遗传学家检查他们在理解 DNA 领域的知识的准确性以及单个基因在其中的作用，因为链合成中的任何错误都会导致具有新的基因组将会死亡或有缺陷。 未来，它们将导致为预定任务而创建的合成微生物的出现。 人造病毒将能够对抗它们的天然亲属，特殊细菌将生产维生素或药物。
该研究发表在《PNAS》杂志上。
来源： 3dnews.ru