美開發(fā)出細(xì)胞編程新方法

美國(guó)研究人員開發(fā)出一種稱為多重自動(dòng)基因工程技術(shù)（MAGE）的細(xì)胞編程新方法，通過(guò)平行編輯多重基因，可快速進(jìn)行細(xì)胞定制。他們僅用3天時(shí)間就將大腸桿菌細(xì)胞轉(zhuǎn)變成一個(gè)生產(chǎn)化合物的高效工廠，而大多數(shù)生物科技公司要完成這一任務(wù)需要幾個(gè)月或幾年的時(shí)間。該研究成果刊登在7月26日的《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。     　　隨著生物技術(shù)的發(fā)展，高通量基因測(cè)序技術(shù)使得生物學(xué)家可以每小時(shí)掃描數(shù)百萬(wàn)個(gè)DNA字母或堿基。但當(dāng)他們要修正一個(gè)基因組時(shí)，往往會(huì)遇到阻礙，而過(guò)時(shí)的細(xì)胞編程技術(shù)更加大了修正的難度。   
　　為了縮小DNA測(cè)序技術(shù)和細(xì)胞編程技術(shù)之間的差距，加快細(xì)胞編程速度，以快速設(shè)計(jì)出細(xì)胞的新功能或提高現(xiàn)有細(xì)胞功能，美國(guó)哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授喬治·丘奇領(lǐng)導(dǎo)的研究小組尋求利用基因和基因組信息，來(lái)開發(fā)新的細(xì)胞編程工具。新技術(shù)的關(guān)鍵在于，如何擺脫線性基因工程技術(shù)的束縛，超越目前的串行操縱單個(gè)基因模式。      
　　研究人員選定大腸桿菌作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象。他們將幾個(gè)基因引入到大腸桿菌的環(huán)狀染色體中，誘使其產(chǎn)生番茄紅素——胡蘿卜素的一種，具有極強(qiáng)的抗氧化活性。接下來(lái)的任務(wù)就是想辦法調(diào)整細(xì)胞來(lái)增加這種化合物的產(chǎn)量。   
　　傳統(tǒng)上，可利用DNA重組技術(shù)，也稱為基因克隆技術(shù)，來(lái)完成該類轉(zhuǎn)化。但這種技術(shù)的程序相當(dāng)復(fù)雜，包括分、切、連、轉(zhuǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。丘奇教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組則采取了不同的方法。研究論文的作者之一哈里斯·王強(qiáng)調(diào)，基因功能不是孤立的，而是相互依存的?？寺〗?jīng)常會(huì)使研究人員忽略了基因的相互依存性，以至于過(guò)于簡(jiǎn)單地看待細(xì)胞系統(tǒng)。他們有可能忘記，某一個(gè)突變可能會(huì)增強(qiáng)或削弱另一個(gè)突變的效果。而該論文的另一位作者法倫·艾薩克斯則指出，要預(yù)測(cè)哪一種變異組合會(huì)帶來(lái)預(yù)期的性能幾乎是不可能的，生物學(xué)如此復(fù)雜，根本無(wú)法找到這個(gè)問(wèn)題的最優(yōu)解。
　　因此，研究小組將工程師的邏輯性與生物學(xué)家對(duì)復(fù)雜事物的理解力有效結(jié)合起來(lái)。他們重組了進(jìn)化路徑，以前所未有的速度創(chuàng)造出遺傳多樣性，從而增加了發(fā)現(xiàn)具有特定屬性細(xì)胞的幾率。   
　　研究人員從大腸桿菌4500個(gè)基因中選取了24個(gè)基因，將它們的DNA序列分成易于處理的90個(gè)字母片段，然后對(duì)每一個(gè)片段進(jìn)行修改，以產(chǎn)生一系列的基因變異。接下來(lái)，利用這些特定的序列，研究人員制成數(shù)千個(gè)獨(dú)特的基因結(jié)構(gòu)，將它們重新插回細(xì)胞，以使自然的細(xì)胞機(jī)制能吸收這些改進(jìn)了的遺傳物質(zhì)。   
　　實(shí)驗(yàn)表明，有些細(xì)菌會(huì)和一個(gè)新結(jié)構(gòu)融合，有些細(xì)菌則可以和多個(gè)新結(jié)構(gòu)融合。在所產(chǎn)生的細(xì)胞中，有些比其他細(xì)胞能產(chǎn)生更多的番茄紅素。研究小組從這些細(xì)胞中提取出最好的“生產(chǎn)者”，不斷重復(fù)同樣的過(guò)程，以使這一“生產(chǎn)機(jī)械”更加精細(xì)完善。而為了使實(shí)驗(yàn)更容易，所有這些步驟都是自動(dòng)操作進(jìn)行的。   
　　通過(guò)加速進(jìn)化，研究小組在3天內(nèi)創(chuàng)造出多達(dá)150億個(gè)基因變異，而番茄紅素的產(chǎn)量則提高了5倍。而如使用傳統(tǒng)的克隆技術(shù)創(chuàng)造這150億個(gè)基因變異，需花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間。   
　　報(bào)道指出，該研究小組的新路徑在合成多種寶貴化合物的過(guò)程中會(huì)起到很重要的作用，那些經(jīng)過(guò)重新編程的細(xì)菌也具有多種用途。MAGE平臺(tái)將會(huì)給生物技術(shù)學(xué)，尤其是合成生物學(xué)的發(fā)展，帶來(lái)強(qiáng)有力的推動(dòng)。正如丘奇教授所言，MAGE這種自動(dòng)化、多元化的技術(shù)將有助于研究人員設(shè)計(jì)出完整的研究路徑和基因組，將把細(xì)胞編程技術(shù)帶到一個(gè)全新的水平。