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科技环境

科学家研制出人工染色体

研究人员已经成功地于试管中制成一个完整的染色体。这在合成生物学上是一个里程碑----因为从基因的角度来看,酵母与人类的相似之处可能超过我们所预料的。

(德国之声中文网)一个国际研究小组在实验室中制出了含细胞核的染色体。作为首个人工酵母人工染色体,它仅含有16条染色体中的一个——即三号染色体,拥有27万个碱基对,并能赋予发面酵母新的功能。

发面酵母与人类有亲缘关系

人们可以采用这种酵母烤面包,制作葡萄酒,或者酿造啤酒。但这么做太奢侈了。因为这种来自位于巴尔的摩的约翰·霍普金斯大学的酵母含有一种染色体,它完全是在实验室中制成的。二十几名科学家和超过六十位大学生为此花了四年左右的时间。

项目创始人耶夫·伯克(

Jef Boeke

)解释说为什么会选择酵母,因为它们的遗传物质和高等生物的构成类似。酵母虽然是单细胞真菌----即一种微生物----但是,作为所谓的真核生物,它像植物,动物和人类一样,拥有一个细胞核。从基因的角度来看,酵母和人类有着比和细菌更加密切的亲缘关系。三号染色体虽然比所有的人类染色体都小,但是就原理而言,是一样的。

Hefewürfel

发面酵母——人类的亲戚?

前身是人造细菌

在2010年5月,生物科学家克莱格·温特(

Craig Venter

)就大胆地向世界第一次宣布,首个其遗传物质在实验室中被完全制成的有机体已经出现。它是一种被称为支原体的小细菌。这虽属合成生物学上的一个突破,但是对生物技术而言,这么微小的细菌并不能引起注意,它会被选中,仅是因为它的基因组成是最小的。大概在同时间,耶夫·伯克开始打造自己的“酵母组织”。

酵母作为小型生化工厂

对于许多科学家来说,酵母项目比克莱格·温特的细菌更加重要,因为酵母对生物技术而言,有着极为重要的意义。酵母细胞在一个大型的不锈钢发酵罐中生产----类似一个反应堆----已经有药物如抗疟疾药物青蒿素,或针对肝炎的疫苗。今天,包括甜味剂,用以补充营养成分的产品,或者化妆品,已经由转基因的面包酵母制成。此一行业最大的“未来工程”是从植物原料中提取

生物燃料

。在这个项目上,酵母不是要把糖分转化为酒精,而是要把难以消化的纤维素直接转化为生物柴油,或者喷气燃料。目前,从酵母转化的生物燃料还不具备市场竞争力,但是长远来看,这可是一个可以创收巨大的市场。

设计而非复制

通过对生物技术的考虑,耶夫·伯克从一开始就计划,不是仅仅简单地复制酵母基因组而已----他想要的是对自然遗产的修订版本。研究人员的目标是,为发酵罐研制一种超级酵母,不过这种酵母若离开实验室和生物技术设施则无法生存。此外,这种酵母得是对不同的基因方面的进一步发展的基本支架。在人工组装的遗传物质那里,来自植物或者动物的不同的基因应该可以联接。耶夫·伯克因此称他的产品为“染色体设计师”。

纸牌游戏般的遗传学

Porträt - Jef D. Boeke

负责纽约大学基因研究机构的耶夫·伯克教授

为了使人工染色体可以简单快速地被改变,耶夫·伯克和他的同事在遗传物质中植入了特殊的识别序列。共98个重要基因分列两侧。借助它们的帮助,遗传信息现在可以像纸牌游戏一样,反复重新混合。如果酵母将基因,即遗传物质组装完毕,会包含5000个这种识别序列。通过不断的混合,遗传物质就等于处在一种快动作的进化中,在此,遗传材料会被不断改变,直到合适为止。

15个染色体还在试验之中

然而,人工制造三号酵母染色体仅仅是一个开始。要组合一个完全的酵母基因组,还需要在实验室中把15个酵母染色体组成在一起。这一共是两千万个遗传构建块。三号染色体在整个酵母基因组中,只不过占1.5 %而已。余下的工作至少还需要四到五年的时间。只是一个酵母,离合成生物学的目标当然还很遥远。

先造酵母后造人

人或者别的哺乳动物,拥有比面包酵母大约多150倍的遗传信息。存储遗传信息的原理却是一样的。如果谁可以把30亿个基因组合正确地组合,并由此建立染色体,他也就可以在实验室中创造或者修改一个人----比如一个尼安德特人。当然,这不是计划之内的。但是一头大象,通过基因遗传与转换变成一头长毛象,却属于科学界乐意探讨的范围中。

作者:Michael Lange 编译:简如

责编:谢菲

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