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新技术加速细菌进化

  一个基因组的特定区域的目标遗传变化使得研究人员能够迅速进化微生物。(图片提供:H. Wang等/《自然》)   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George Church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James Liao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。”
责任编辑:darknova
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