科學(xué)家創(chuàng)造出一個簡單的合成細(xì)胞 可以正常生長和分裂
五年前，科學(xué)家創(chuàng)造了一種只有473個基因的單細(xì)胞合成生物，是迄今為止已知的最簡單的活細(xì)胞。但關(guān)于科學(xué)的優(yōu)美句子摘抄是，這種細(xì)菌樣生物在生長和分裂時表現(xiàn)異常，產(chǎn)生形狀和大小完全不同的細(xì)胞。
現(xiàn)在，科學(xué)家們已經(jīng)鑒定出七個可以添加的基因，以馴服細(xì)胞的不守規(guī)矩的性質(zhì)，使它們整齊地分成均勻的球體。這項成就是由J. Craig Venter研究所(JCVI)，國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所(NIST)和麻省理工學(xué)院(MIT)的位與原子中心合作完成的，在《細(xì)胞》雜志上進行了描述。
鑒定這些基因是工程合成有用細(xì)胞的合成細(xì)胞的重要一步。這種細(xì)胞可以充當(dāng)生產(chǎn)，食品和燃料的小型工廠。發(fā)現(xiàn)疾病并生產(chǎn)藥物治療體內(nèi)疾病;并充當(dāng)微型計算機。
但是，要設(shè)計和構(gòu)建一個完全符合您想要的功能的單元，可以幫助您列出重要部分并了解它們?nèi)绾谓M合在一起。
NIST細(xì)胞工程小組的負(fù)責(zé)人，研究的共同作者伊麗莎白·斯特里查爾斯基(Elizabeth Strychalski)說：“我們想了解生活的基本設(shè)計規(guī)則?！?“如果這個小組可以幫助我們發(fā)現(xiàn)和理解這些規(guī)則，那么我們就出發(fā)了?！?/p>
JCVI的科學(xué)家在2010年建造了第一個具有合成基因組的細(xì)胞。他們沒有完全從頭開始建立該單元。取而代之的是，它們從非常簡單的一種稱為支原體的細(xì)菌的細(xì)胞開始。他們破壞了這些細(xì)胞中的DNA，并用在計算機上設(shè)計并在實驗室合成的DNA取代了它。這是地球生命史上第一個具有完全合成基因組的生物。他們稱其為JCVI-syn1.0。
從那時起，科學(xué)家們一直在努力將該生物剝離至其最低遺傳組成。他們五年前創(chuàng)建的稱為JCVI-syn3.0的超簡單單元可能太簡約了。研究人員現(xiàn)在已經(jīng)向該細(xì)胞添加了19個基因，包括正常細(xì)胞分裂所需的7個基因，以創(chuàng)建新的變體JCVI-syn3A。該變體具有少于500個基因。從數(shù)字上看，生活在腸道中的大腸桿菌大約有4,000個基因。一個人體細(xì)胞大約有30,000個。
在合著者約翰·格拉斯(John Glass)的領(lǐng)導(dǎo)下，JCVI的合成生物學(xué)小組花了多年的心血來鑒定出這七個額外的基因。共同首席作者兼JCVI科學(xué)家孫立杰通過系統(tǒng)地添加和刪除基因，構(gòu)建了數(shù)十種變異株。然后，她和其他研究人員將觀察這些遺傳變化如何影響細(xì)胞的生長和分裂。
NIST的作用是在顯微鏡下測量結(jié)果變化。這是一個挑戰(zhàn)，因為細(xì)胞必須活著才能觀察。使用強大的顯微鏡觀察死細(xì)胞相對容易。對活細(xì)胞進行成像要困難得多。
將它們固定在顯微鏡下特別困難，因為它們非常小巧。一百或更多將適合單個大腸桿菌細(xì)菌。微小的力量會將它們撕裂。
為了解決這個問題，Strychalski和MIT的合著者James Pelletier，Andreas Mershin和Neil Gershenfeld設(shè)計了一種微流控化學(xué)恒溫器(一種小型水族館)，可以在光學(xué)顯微鏡下保持細(xì)胞的飽足和快樂。結(jié)果是定格錄像，顯示合成細(xì)胞正在生長和分裂。
一段視頻顯示了五年前創(chuàng)建的JCVI-syn3.0細(xì)胞，分為不同的形狀和大小。一些細(xì)胞形成細(xì)絲。其他人似乎沒有完全分開并排成一串，就像串珠。盡管種類繁多，該視頻中的所有細(xì)胞在基因上都是相同的。
另一個視頻顯示了新的JCVI-Syn3A細(xì)胞被分成形狀和大小更均勻的細(xì)胞。
這些視頻和其他類似的視頻使研究人員能夠觀察他們的基因操縱如何影響細(xì)胞的生長和分裂。如果刪除一個基因破壞了正常的過程，他們會把它放回去再嘗試另一個。
佩萊蒂埃說：“我們的目標(biāo)是了解每個基因的功能，以便我們可以開發(fā)出一個完整的細(xì)胞運作模型。”
但是這個目標(biāo)尚未實現(xiàn)。在添加到該生物體中以進行正常細(xì)胞分裂的七個基因中，科學(xué)家們知道其中只有兩個能做什么。尚不清楚其他五個在細(xì)胞分裂中所起的作用。
“生活仍然是一個黑匣子，”斯特拉查爾斯基說。但是，通過這種簡化的合成電池，科學(xué)家可以很好地了解內(nèi)部發(fā)生的情況。
標(biāo)簽： 合成細(xì)胞
