细菌基因组移植改变了一个物种到另一个物种

2020-11-17 85支原体

J. Craig Venter研究所(JCVI)的研究人员公布了基因组移植方法的工作成果,使他们能够将一种类型的细菌转化为由移植的染色体决定的另一种类型。这项工作由JCVI的Carole Lartigue博士及其同事在线发表在《科学》杂志上,概述了通过用一种生物体的基因组替换另一种生物体的基因组,将一种细菌物种Capricolum支原体转变为另一种细菌物种Mycoplasma mycoides Large Colony(LC)的方法和技术。

细菌基因组移植改变了一个物种到另一个物种。"这项研究的成功完成非常重要,因为它是合成基因组学的关键原理证明之一,将使我们能够实现创造合成生物体的最终目标,"JCVI总裁兼主席J. Craig Venter博士说。"我们致力于这项研究,因为我们相信合成基因组学在帮助解决气候变化等问题和开发新能源方面大有可为。"

细菌基因组移植改变了一个物种到另一个物种。

JCVI团队设计了几个关键步骤来实现基因组移植。首先,在M. mycoides LC染色体上添加一个抗生素可选择的标记基因,以便选择含有移植染色体的活细胞。然后,研究小组纯化了M. mycoides LC的DNA或染色体,使其不含蛋白质(称为裸DNA)。然后将这种M. mycoides LC染色体移植到M. capricolum细胞中。经过几轮细胞分裂后,受体M. capricolum染色体被供体M. mycoides LC染色体所取代而消失,而M. capricolum细胞具有M.

作为对基因组移植成功的检验,研究小组采用了二维凝胶电泳和蛋白质测序两种方法,证明现在所有表达的蛋白质都是由M. mycoides LC染色体编码的。两组特异性与每个细胞的细胞表面蛋白结合的抗体与移植细胞发生反应,以证明膜蛋白切换到由移植的染色体而不是受体细胞染色体决定的蛋白。在用M. mycoides LC特异性抗体探测的印迹图像中,新的、转化的生物体显示为亮蓝色菌落。

该小组选择与这些种类的支原体一起工作有几个原因--这些生物的小基因组使它们更容易工作,它们缺乏细胞壁,以及团队对支原体的经验和专业知识。移植实验中使用的支原体也是生长相对较快的,这使得团队能够比使用其他种类的支原体更快确定移植的成功率。

Lartigue博士称:"虽然我们对研究结果感到兴奋,但在进入下一阶段并准备开发全合成染色体时,我们还在继续完善和改进我们的技术和方法。"

细菌基因组移植改变了一个物种到另一个物种。基因组移植是合成基因组学领域必不可少的使能步骤,因为它是化学合成的染色体能够被激活成有活力的活细胞的关键机制。能够将从一个物种中分离出来的裸DNA转移到第二个微生物物种中,为接下来的实验铺平了道路,将完全合成的细菌染色体移植到活体中,如果成功,就可以 "启动 "新实体。合成基因组学研究有许多重要的应用,包括开发新的能源,以及作为生产药品、化学品或纺织品的手段。

这项研究得到了合成基因组学公司的资助。

背景和道德考虑

Lartigue等人所描述的工作起源于1990年代中期Venter博士及其同事在对生殖器支原体进行测序后开始的研究,并开始了最小基因组项目的工作。这一领域的研究,试图了解维持生命所必需的最小遗传成分,经过了宾夕法尼亚大学专家小组的重要伦理审查(Cho et al,Science December 1999:Vol.286.No.5447,pp.2087 - 2090)。生物伦理学小组的独立审议结果与科学最小基因组研究同时发表,一致决定,只要有关科学家继续参与公众讨论,就没有强烈的伦理理由不应该继续进行这项工作。

2003年,文特尔博士、史密斯博士和哈奇森博士通过组装5,386个碱基对的细菌φX174(phi X)的工作,在合成基因组的开发方面取得了第一个重大进展。他们使用合成的、市售的短单链DNA(称为寡核苷酸),并使用聚合酶链式反应(PCR)的改编,即聚合酶循环组装(PCA)来构建phi X基因组。该团队仅用了14天就生产出了合成的phi X。

Venter博士和JCVI的团队继续关注他们的工作和合成基因组学领域的社会影响。因此,该研究所的政策团队与战略与国际研究中心(CSIS)和麻省理工学院(MIT)一起,得到了阿尔弗雷德-斯隆基金会的资助,进行了为期15个月的研究,以探索这种新兴技术的风险和益处,以及防止滥用(包括生物恐怖主义)的可能保障措施。在举办了几次讲习班和公开会议之后,该小组定于2007年夏天发表一份报告,概述该领域及其研究人员的各种选择。

引用

J. Craig Venter Institute. "First Bacterial Genome Transplantation Changes One Species To Another." ScienceDaily. ScienceDaily, 29 June 2007. www.sciencedaily.com/releases/2007/06/070628232413.htm.

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