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科技日?qǐng)?bào)記者?張佳欣
據(jù)5日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究，美國(guó)印第安納大學(xué)和克雷格·文特爾研究所領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)從支原體細(xì)菌中創(chuàng)造了一種最簡(jiǎn)單細(xì)胞，它只包含493個(gè)基因，是已知所有自由生命體中最小的基因組。這些細(xì)胞能夠進(jìn)化和生長(zhǎng)，增殖變多，且能重新恢復(fù)在縮小基因組時(shí)失去的遺傳適應(yīng)性。這項(xiàng)研究將幫助人們更好地理解如何成功地設(shè)計(jì)合成細(xì)胞，甚至開(kāi)啟合成生命的時(shí)代。
放大15,000倍的最小細(xì)胞簇的電子顯微照片。人工合成的簡(jiǎn)化細(xì)菌——蕈狀支原體JCVI-syn3B，含有不到500個(gè)基因。照片由加州大學(xué)圣地亞哥分校國(guó)家成像和顯微鏡研究中心的湯姆·迪林克和馬克·埃利斯曼拍攝
生物體細(xì)胞中有一本生命之書(shū)——基因組。無(wú)論是擁有460萬(wàn)個(gè)堿基對(duì)的大腸桿菌，還是擁有430億個(gè)堿基對(duì)（約是人類基因組長(zhǎng)度的14倍）的澳大利亞肺魚(yú)，遺傳指令的數(shù)量決定了一個(gè)生物的特征和功能。
但是基因組一定要這么長(zhǎng)嗎？眾所周知，大自然通過(guò)編程冗余來(lái)幫助生物體應(yīng)對(duì)環(huán)境壓力或抵消有害突變。如果把一個(gè)很長(zhǎng)的基因組精簡(jiǎn)到最基本形式，會(huì)發(fā)生什么？事實(shí)證明，即便沒(méi)有完整的基因組，生命仍然會(huì)找到一種生存和繁衍的方式。
蕈狀支原體是可引起傳染性牛胸膜肺炎的一種細(xì)菌，這種細(xì)菌生存在奶牛和山羊等反芻動(dòng)物的腸道。2016年，克雷格·文特爾研究所的科學(xué)家將蕈狀支原體的基因組從901個(gè)基因削減到493個(gè)基因，創(chuàng)造了一種新的合成菌株JCVI-syn3B。
研究人員觀察了這種“基因組簡(jiǎn)化細(xì)胞”在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中會(huì)有什么反應(yīng)。一般的細(xì)胞能大量增殖，但只有精簡(jiǎn)基因組的人造細(xì)胞會(huì)增殖嗎？會(huì)發(fā)生突變嗎？如果會(huì)的話，這些突變是促進(jìn)了還是阻礙了簡(jiǎn)化基因組細(xì)菌的生存能力？
蕈狀支原體JCVI-syn3B基因組精簡(jiǎn)后剩下的每一個(gè)基因都是必不可少的，研究假設(shè)，這種菌株將無(wú)法突變，進(jìn)化潛力受限。
但研究發(fā)現(xiàn)，即使只有最簡(jiǎn)單的基因組，在實(shí)驗(yàn)室中自由生長(zhǎng)的300天里，蕈狀支原體也表現(xiàn)出了極高的突變率。當(dāng)將其與未經(jīng)300天生長(zhǎng)的細(xì)胞，以及基因組未被篡改的蕈狀支原體，一起放在營(yíng)養(yǎng)資源有限的試管中對(duì)比起來(lái)看，使基因組簡(jiǎn)化細(xì)胞具有生存優(yōu)勢(shì)的正是這300天。研究人員發(fā)現(xiàn)，這個(gè)時(shí)期幫助細(xì)菌恢復(fù)了最初在剝離基因組時(shí)導(dǎo)致下降的50%的適應(yīng)能力。這些細(xì)胞的進(jìn)化速度甚至比未被篡改的同類細(xì)胞快39%。
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