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DNA也能后天改造?“再编码”广泛存在于自然界

来源:未知 编辑:admin 时间:2019-05-14

  在所有的生命领域,脱氧核糖核酸(DNA)的编码规则通常被认为都会遵循一条颠扑不破的法则,然而研究人员在最新出版的美国《科学》杂志上报告说,生物体经常会违反这些规矩。

  这一发现对于合成生命的设计而言具有特殊的意义:通过设计能够打破这些规则的生物体,研究人员或许有望制造出可以抵抗病毒感染的新的生命形态。制造这些生物也被提议作为一种方法用来防止人造生命形式意外感染宿主。然而,这些规则存在的广泛例外使得人造生命形式不把自己的DNA传递给自然界的生物体变得难上加难。

  美国康涅狄格州西汉文市耶鲁大学生物工程师Farren Isaacs表示:“这项研究突出了基因编码的延展性。”

  由加利福尼亚州核桃溪市美国能源部联合基因组研究所研究人员Edward Rubin率领的研究小组,尝试着从来自1776个位点——包括人体的17个位点——的微生物的DNA及核糖核酸(RNA)中寻找这样的“打破常规者”。研究人员寻找了所谓的“再编码”事件,即微生物以和大多数生物不同的方式解释基因编码的实例。

  研究人员特别关注了终止密码子的事件,后者是一段基因序列,通常会告诉一个有机体停止合成一种蛋白质。然而在“再编码”过程中,终止密码子却会发出“继续”的信号,告诉有机体向正在生长的蛋白质中添加另一个氨基酸。

  如果有机体正在使用传统的停止指令,则研究人员首先要求蛋白质必须被一个长度至少为1000个碱基的基因序列所编码。一旦这些蛋白质异乎寻常的短,他们随后便会分析微生物是否实际上将一个终止密码子解释为一个氨基酸。而研究人员最终在31415个样本中发现了这样的情况,并且多达10%的序列来自于相同的环境。

  研究人员注意到,来自人体的微生物尤其倾向于“再编码”。尽管只有10%的样本采自于人体,但却有超过一半的再编码密码子来自于这些位点。

  Rubin指出,之前曾在自然界中发现过再编码的情况,但却从未达到这样的水平,这或许是由于大部分的研究都聚焦于能够在实验室中生长的微生物。他说:“当我们采用这种方法并着眼于实验室之外,同时问道‘这是规则吗?’规则却被打破了。”

  合成生物学家已经使用再编码从而让生物体能够制造出拥有新特征的新的氨基酸。他们同时也希望利用再编码作为一种途径从而防止设计出的生物体与其他生命形式共享前者经过人工修饰的DNA。例如,病毒会“绑架”其宿主的细胞机器以便制造更多的自身拷贝。但如果病毒与宿主解释编码的机制存在差异,则要实现这一切是很难的。

  Isaacs花了6年时间用来在大肠杆菌中再编码一个终止密码子,以便在其蛋白质中添加一个人造氨基酸。他说:“通过让科学家设计无法与自然界的微生物交换遗传信息的再编码微生物,再编码技术具有对生物安全产生巨大影响的潜力。”然而Rubin的研究同时发现,在某些环境中——例如在人体口腔——被病毒感染的细菌似乎具有不相容的基因编码机制。Rubin说:“这意味着如果真要制造一道防火墙,我们应该多加小心。”

  然而在剑桥市哈佛大学领导一项大肠杆菌再编码项目的George Church认为,由于人工合成的再编码生物体跳过了进化过程,并且从未暴露在持续不断的进化压力之下,因此它们并不容易受到相同类型的基因“绑架”的伤害,后者似乎能够让自然界的病毒感染不同的再编码生命形式。

  “如果你彻底改变了一个基因组,使其看上去完全没有了从前的样子。”Church说,“则你很有可能会击败地球上的任何一种病毒。”

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