科學家研究的所有生命形式的DNA序列都儲存在美國國家生物技術資訊中心擁有的資料庫中。 1 月 2.0 日，資料庫中出現了一個新條目：「Caulobacter ethensis-2.0」。 這是世界上第一個完全由電腦建模然後合成的生物體合成基因組，由蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的科學家開發。 然而，需要強調的是，雖然C.ethensis-XNUMX的基因組以大DNA分子的形式成功獲得，但相應的活體生物體尚不存在。
這項研究工作是由實驗系統生物學教授 Beat Christen 和他的化學家兄弟 Matthias Christen 進行的。 新基因組名為 Caulobacter ethensis-2.0，是透過清理和優化 Caulobacter crescentus 細菌的自然密碼而創建的，Caulobacter crescentus 是一種生活在世界各地淡水中的無害細菌。
十多年前，遺傳學家克雷格·文特爾（Craig Venter）領導的團隊創造了第一個「合成」細菌。 在工作過程中，科學家合成了蕈狀支原體基因組的副本，然後將其植入載體細胞中，結果證明該載體細胞完全可行並保留了自我繁殖的能力。
這項新研究延續了克雷格的工作。 如果說之前科學家們創建了真實生物體 DNA 的數位模型，並在此基礎上合成了分子，那麼新專案則更進一步，使用原始 DNA 程式碼。 科學家在合成它並測試其功能之前對其進行了廣泛的改造。
研究人員從原始的 C. crescentus 基因組開始，其中包含 4000 個基因。 與任何生物體一樣，這些基因大多不攜帶任何訊息，是「垃圾DNA」。 經過分析，科學家們得出的結論是，維持實驗室細菌的生命所需的大約只有680種。
在移除垃圾 DNA 並獲得 C. crescentus 的最小基因組後，研究小組繼續他們的工作。 生物體 DNA 的特徵是存在內建冗餘，即同一蛋白質的合成是由鏈的幾個部分中的不同基因編碼的。 研究人員在優化中替換了 1 個 DNA 字母中的 6/800 以上，以刪除重複的代碼。
該研究的共同主要作者 Beat Christen 表示：“借助我們的演算法，我們已將基因組完全重寫為新的 DNA 字母序列，該序列不再與原始序列相似。” “與此同時，蛋白質合成水平的生物學功能保持不變。”
為了測試所得的鏈是否能在活細胞中正常運作，研究人員培養了一種細菌菌株，該菌株的 DNA 中既有天然的柄桿菌基因組，又有人工基因組片段。 科學家關閉了單一自然基因，並測試了人工基因發揮相同生物學作用的能力。 結果令人印象深刻：580 個人工基因中約有 680 個被證明具有功能。
「憑藉所獲得的知識，我們將能夠改進我們的演算法並開發新版本的基因組 3.0，」Kristen 說。 “我們相信，在不久的將來，我們將創造出具有完全合成基因組的活細菌細胞。”
在第一階段，此類研究將幫助遺傳學家檢查他們在理解 DNA 領域的知識的準確性以及單一基因在其中的作用，因為鏈合成中的任何錯誤都會導致具有新的基因組將會死亡或有缺陷。 未來，它們將導致為預定任務而創建的合成微生物的出現。 人造病毒將能夠對抗它們的天然親屬，特殊細菌將生產維生素或藥物。
該研究發表在《PNAS》雜誌。
來源： 3dnews.ru