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新技术加速细菌进化

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【导读】脱氧核糖核酸(DNA)测序技术的改进正使得读取基因组变得更加快捷和廉价。然而在微生物和其他有机体中改良基因,却依然需要漫长及艰辛的努力。如今,研究人员报告说,他们找到了一种新的方法...

脱氧核糖核酸(DNA)测序技术的改进正使得读取基因组变得更加快捷和廉价。然而在微生物和其他有机体中改良基因,却依然需要漫长及艰辛的努力。如今,研究人员报告说,他们找到了一种新的方法,能够同时修改几十亿个微生物的基因组,并且使其中的一些微生物出现最使人感兴趣的变化。由于这项技术很有可能对大多数的基因组产生作用,因此它将加快对微生物的改造,其范围从开发新的治疗药物到生产海量的生物燃料。

改良有机体的遗传物质已经成为现代生物工程学的重要组成部分。科学家通过引入新基因和基因组,进而使有机体产生新的蛋白质,抑或改变现有基因,从而改进它们在细胞中的活性。一旦新的基因被引入同时被细胞复制,则拷贝将被暴露在诱变剂下,后者能够在前者的DNA中导致随机变化,而其中的一些变化是有益的。但是在许多情况下,科学家更希望能够指示这些突变发生在基因组的特定区域,同时在若干个位点发生变化。

为了实现这一目标,由美国哈佛大学的合成生物学家GeorgeChurch领导的一个研究小组研制出了一种高速新技术,名为瞄准突变的复合自动化基因组工程。研究人员首先在大肠杆菌中引入了3种基因,从而使得这种细菌能够形成一种抗氧化剂番茄红素。随后,研究人员对他们怀疑可能产生了变化,从而改善了微生物的番茄红素产出能力的大肠杆菌基因组中的24个区域进行了鉴别。研究人员合成了单链DNA,即oligo的片段,每个片段都携带了单一的突变。他们分别使每一个oligo附着在24个靶点区域上。最终,研究小组将目标细胞置入一个强电场之中。此举暂时在细胞膜上形成了空洞,从而使oligo能够在细胞内散播,并滑入细菌的DNA。

研究人员日前在《自然》杂志网络版上报告了这一研究成果,他们在24个位点上制造了约142亿个不同的突变。与原始的微生物相比,这种做法使得大肠杆菌产出的番茄红素是前者的5倍之多。最后,研究人员测定了番茄红素最佳产出细菌的基因组,从而找出了提高产量的确切突变。

美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的生物工程学家JamesLiao指出:“这一概念非常完美。”他说,由于这项技术的高速以及靶点的进化,他希望能在自己的实验室中使用这项技术,从而找到能够更有效地产出生物燃料的微生物。但是Liao认为新技术的用处还不止于此。他说:“这是一种普适的方法。它将在使用者那里得到应用。”


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2018-11-08 09:23:03
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