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George Church:可编程的生物学冉冉升起,附四大用途

2016/09/20 来源:生物探索
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导读
科学家们已经完成了史上最大规模的DNA重组,使得“超人”的概念提前照亮现实。你知道哈佛遗传学教授George Church让DNA上发生了什么?他让可编程的生物学冉冉升起,本文盘点了可编程生物学的四大用途。

科学家们已经完成了史上最大规模的DNA重组,使得“超人”的概念提前照亮现实。你知道哈佛遗传学教授George Church让DNA上发生了什么?他让可编程的生物学冉冉升起,本文盘点了可编程生物学的四大用途。

(一)克隆胚胎

克隆胚胎

大部分人渴望拥有“超人”的力量,虽然这很难,但我们可以通过完全控制基因组或者遗传修饰,使我们变得更强、更快、甚至更好看。

那这是否意味着抗病、体重增加,甚至减缓衰老的过程呢?随着遗传学家的不断深入,在未来几十年里,这是有可能的,未来我们将不只是移除和替换基因,而是重写整个基因组。

这听起来有些像科幻小说的情节?不,看看最近哈佛遗传学家George Church教授和他的同事们合成大肠杆菌基因组的记录就知道了。

他们更换了DNA的62214个碱基对,从草稿里设计出了DNA,虽然这还没有真正带来了细菌的生命,但这设计出了曾经不存在的东西。

这是迄今为止第一次合成的合成基因组,被誉为基因工程最复杂的壮举。

Church教授表示,利用这种技术,我们可以创造任何一种我们希望的生命形式,甚至创造出合成的蛋白质和化合物。并没有参与这个项目的麻省理工学院生物工程师Peter Carr告诉《科学》(Science)杂志,“这是不容易的,但我们可以在深刻的尺度中编辑生命”。

那么,他们到底是如何改写一个基因组的呢?DNA是由A、T、C和G四个碱基的排列成的碱基序列,其中创造一条链的双螺旋结构,称为RNA。

(二)删除重复碱基

碱基

每个组合相当于一个特定的氨基酸,这是细胞的基本组成。细胞的核酸碱基组合指导一些氨基酸生产。只有64种可能的组合。当把三个一组称为密码子,他们创造了一种氨基酸,一共有20种不同类型的氨基酸。

例如,C-C-G构成脯氨酸,C-C-C也是如此,所以有一些重叠。在这种方式中,遗传学家可以清除多余的基因,并不影响机体的发展。这正是哈佛遗传学家的研究所在。

科学家们删除了其中的重叠部分,从3548个基因中删除了64个密码子类型。研究人员用机器来从零开始合成整个片段的RNA,而不是一次编辑基因组一个基因,每一部分都有一些改变;然后他们把这些片段一个一个插入到大肠杆菌的DNA中,确保改变不会破坏细胞。到目前为止,已经测试了63%的编码基因,很少有引起细胞的任何问题。

研究人员仍有几年的实验和测试。不过,遗传学家都惊叹于基因组实际上是多么的可塑性。

(三)改造细菌

细菌

在短期内,科学家们对细菌的改造,不会受病毒的前景而感到兴奋。

通常情况下,一种病毒通过将自己的DNA添加到宿主的基因组中,感染一种活细胞。这样,它复制了自己。基因编码生物体(Genetically recoded organisms,GROs)会有一个不同的基因组,病毒就不能读它,所以不能侵入其DNA,自身也无法复制。

GROs一个可能的用途是制造。通过重写一个细菌的遗传密码,它将会改变蛋白质的组成。合成的细菌可以成为“活工厂”,可以进行编程,生产任何期望的氨基酸。然后,这些氨基酸产生甚至是药物的下一代合成材料。这种设计的细菌也可以成为未来科学研究的可靠试验对象。

Church教授的实验在过去一直是有争议的。其中一个问题是,这种技术是否是100%的安全。值得关注的是,被编码的细菌能产生毒素。

因为被编码的细菌可抵抗病毒,它将在环境中具有竞争对手没有的优势。如果说它变得松散,它可能会导致生态破坏,甚至造成下一个大瘟疫。为了克服这种担忧,Church教授和同事们已经在系统中建立了一些安全措施。

一种特殊的营养必须被喂养到这些细菌,否则它们会死掉。除非它们在环境中发现了这一营养,Church教授说这是不可能的,因此它们将无法生存;另一个故障安全是细菌在实验室外无法交配或繁殖。但其他专家不知道Church教授的安全实际。

(四)确定人类基因组模型

人类基因组模型

科学家的下一步计划是是进一步测试已取得的人工基因。而后Church教授和同事们将采取同一个基因组,并用其产生一个全新的有机体。

由于DNA是地球上几乎所有生命的基本蓝图,能够重写“DNA”的人类,似乎拥有上帝般的权力,不过这种能力也许得等到几十年后了。

即使如此,结合基因编辑和基因修饰,一个超级人类种族的想法将在“情理之中”。

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