年度回顾之“最小基因组”首次亮相

导语

生物学在2016年最大的成就之一：建立了一个只有473个基因的细菌。这是迄今为止营自由生活的细胞中携带最小的遗传基因，对于几十年来创造只含有生存和繁殖所必需的遗传基因的有机体，这是一个里程碑。这样的“最小基因组”细胞可能最终作为实验室生物制药模板，为工业和农业创造创新的化学品，或大量产生尚未构象到的其他分子。该项目还确定了对于微生物生存至关重要的基因，突出了研究人员掌握生命图谱的主要差距。

最小基因组命名为syn3.0，在J.Craig Venter研究所开发的工程细菌可以存活并且只有473个基因发挥作用。

最近的工程菌被誉为技术的胜利。 2010年，位于加利福尼亚州拉霍亚的J. Craig Venter研究所的研究人员将该Mycoplasma mycoides支原体的整个基因组的拷贝拼接在一起，并将其移入另一个已去除基因组细菌的细胞中。但是，“合成细胞”称为JCVI-syn1.0，包含现有基因组的完整副本，有超过100万个DNA的化学组成物质，包括901个基因，它远不是最小的。

最新版本，JCVI-syn3.0，3月在Science（SN：4/16/16，第6页）报道，大约有一半的DNA。它也是使用人类设计原则构建的第一个细胞：基因组的一个片段有各种基因过程，如DNA修复、集合在一起而不是分散的willy-nilly。JCVI团队的成员Daniel Gibson说：抛开常规的遗传密码的发展，使得“即插即用”方法得以实现。为了改变代谢过程如糖酵解，“不同于改变一个基因，然后再改变另一个，然后再另一个，你可以弹出一个整个模块，然后插入一个新的模块。”

哈佛大学的基因组科学家George Church说：值得注意的是，对基因组进行这样的根本性改变的同时仍然能获得有功能性的细胞。他们观察发现，无论他们把什么连接在了一起，它都会断开。

澳大利亚布里斯班生物工程和纳米技术研究所的生物技术专家Claudia Vickers说，合成细胞的前景是巨大的。科学家已经成功地工程化现有的生物体，如酵母，以帮助制药，如疟疾药物。现在，高效的和针对具体任务设计的小细胞工厂前景非常可观。

只有必需的遗传基因

今年，科学家引入了一个只有473个基因的合成细胞—任何自由活细胞的最小的遗传基因，称为JCVI-syn3.0，以JCVI-syn1.0（901基因）为基础建立的。特别是与导致疾病的Haemophilus influenzae和大肠杆菌Escherichia coli流感嗜血杆菌相比，Mycoplasma genitalium含有一个微小的基因组。