美開發(fā)出細(xì)胞編程新方法

美國研究人員開發(fā)出一種稱為多重自動基因工程技術(shù)（MAGE）的細(xì)胞編程新方法，通過平行編輯多重基因，可快速進(jìn)行細(xì)胞定制。他們僅用3天時(shí)間就將大腸桿菌細(xì)胞轉(zhuǎn)變成一個(gè)生產(chǎn)化合物的高效工廠，而大多數(shù)生物科技公司要完成這一任務(wù)需要幾個(gè)月或幾年的時(shí)間。該研究成果刊登在7月26日的《自然》雜志網(wǎng)絡(luò)版上。     　　隨著生物技術(shù)的發(fā)展，高通量基因測序技術(shù)使得生物學(xué)家可以每小時(shí)掃描數(shù)百萬個(gè)DNA字母或堿基。但當(dāng)他們要修正一個(gè)基因組時(shí)，往往會遇到阻礙，而過時(shí)的細(xì)胞編程技術(shù)更加大了修正的難度。   
　　為了縮小DNA測序技術(shù)和細(xì)胞編程技術(shù)之間的差距，加快細(xì)胞編程速度，以快速設(shè)計(jì)出細(xì)胞的新功能或提高現(xiàn)有細(xì)胞功能，美國哈佛醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授喬治·丘奇領(lǐng)導(dǎo)的研究小組尋求利用基因和基因組信息，來開發(fā)新的細(xì)胞編程工具。新技術(shù)的關(guān)鍵在于，如何擺脫線性基因工程技術(shù)的束縛，超越目前的串行操縱單個(gè)基因模式。      
　　研究人員選定大腸桿菌作為實(shí)驗(yàn)對象。他們將幾個(gè)基因引入到大腸桿菌的環(huán)狀染色體中，誘使其產(chǎn)生番茄紅素——胡蘿卜素的一種，具有極強(qiáng)的抗氧化活性。接下來的任務(wù)就是想辦法調(diào)整細(xì)胞來增加這種化合物的產(chǎn)量。   
　　傳統(tǒng)上，可利用DNA重組技術(shù)，也稱為基因克隆技術(shù)，來完成該類轉(zhuǎn)化。但這種技術(shù)的程序相當(dāng)復(fù)雜，包括分、切、連、轉(zhuǎn)等多個(gè)環(huán)節(jié)。丘奇教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組則采取了不同的方法。研究論文的作者之一哈里斯·王強(qiáng)調(diào)，基因功能不是孤立的，而是相互依存的。克隆經(jīng)常會使研究人員忽略了基因的相互依存性，以至于過于簡單地看待細(xì)胞系統(tǒng)。他們有可能忘記，某一個(gè)突變可能會增強(qiáng)或削弱另一個(gè)突變的效果。而該論文的另一位作者法倫·艾薩克斯則指出，要預(yù)測哪一種變異組合會帶來預(yù)期的性能幾乎是不可能的，生物學(xué)如此復(fù)雜，根本無法找到這個(gè)問題的最優(yōu)解。
　　因此，研究小組將工程師的邏輯性與生物學(xué)家對復(fù)雜事物的理解力有效結(jié)合起來。他們重組了進(jìn)化路徑，以前所未有的速度創(chuàng)造出遺傳多樣性，從而增加了發(fā)現(xiàn)具有特定屬性細(xì)胞的幾率。   
　　研究人員從大腸桿菌4500個(gè)基因中選取了24個(gè)基因，將它們的DNA序列分成易于處理的90個(gè)字母片段，然后對每一個(gè)片段進(jìn)行修改，以產(chǎn)生一系列的基因變異。接下來，利用這些特定的序列，研究人員制成數(shù)千個(gè)獨(dú)特的基因結(jié)構(gòu)，將它們重新插回細(xì)胞，以使自然的細(xì)胞機(jī)制能吸收這些改進(jìn)了的遺傳物質(zhì)。   
　　實(shí)驗(yàn)表明，有些細(xì)菌會和一個(gè)新結(jié)構(gòu)融合，有些細(xì)菌則可以和多個(gè)新結(jié)構(gòu)融合。在所產(chǎn)生的細(xì)胞中，有些比其他細(xì)胞能產(chǎn)生更多的番茄紅素。研究小組從這些細(xì)胞中提取出最好的“生產(chǎn)者”，不斷重復(fù)同樣的過程，以使這一“生產(chǎn)機(jī)械”更加精細(xì)完善。而為了使實(shí)驗(yàn)更容易，所有這些步驟都是自動操作進(jìn)行的。   
　　通過加速進(jìn)化，研究小組在3天內(nèi)創(chuàng)造出多達(dá)150億個(gè)基因變異，而番茄紅素的產(chǎn)量則提高了5倍。而如使用傳統(tǒng)的克隆技術(shù)創(chuàng)造這150億個(gè)基因變異，需花費(fèi)數(shù)年的時(shí)間。   
　　報(bào)道指出，該研究小組的新路徑在合成多種寶貴化合物的過程中會起到很重要的作用，那些經(jīng)過重新編程的細(xì)菌也具有多種用途。MAGE平臺將會給生物技術(shù)學(xué)，尤其是合成生物學(xué)的發(fā)展，帶來強(qiáng)有力的推動。正如丘奇教授所言，MAGE這種自動化、多元化的技術(shù)將有助于研究人員設(shè)計(jì)出完整的研究路徑和基因組，將把細(xì)胞編程技術(shù)帶到一個(gè)全新的水平。