编辑基因组：重写生命密码的新工具(ZT)

marrowstem

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        《科学日报》（２０１１年７月１5日报道）——　编辑基因的能力，象古腾堡的印刷机那样，创新性强、见效快且潜力无穷。不过，也象古腾堡的发明，虽然技术炫目，但创新伊始，仍难尽如人意：大多数的DNA编辑工具既慢且贵，而且难用。但哈佛大学的研究者目前正在开发基因组规模编辑工具，可以象字处理软件那样，通过应用“查找与替换”等遗传学等价物，快捷方便地重写活体细胞的基因组；而这些重写的综合结果就是：产生了与其父系迥然不同的新细胞株。
2 n, |6 ?  q$ k' C8 g    研究者撩开了基因组工程技术的面纱，此技术可以单一核苷到百万核苷规模彻底重建基因组。研究者表示，可将染色体视为可编辑、可演化的模板，并为此显示了通过功能强大的新工具来重写细胞基因组的方法。该技术可用于生物技术、能源与农业等领域。（图片来源：iStockphoto/Zmeel Photography) ( y+ ]0 y7 y' {! S& Q4 n/ @
　哈佛医学院遗传学教授George Church（与麻省理工媒体实验室副教授Joe Jacobson合作主持了本研究）说：“这一成果，并非源于对业已存在的某物的拷贝，而必须实现功能上的彻底改观。”
" Z/ o$ |5 j2 U) h/ `　　Church指出，相关改变可达成三个目标：一是通过对有用的新氨基酸编码为细胞增加功能；二是防护功能的导入，避免转基因品种与野生品种的交叉污染；三是通过重写被病毒劫持的密码使之获得多病毒抗性。在细菌培养产业领域（包括制药与能源）方面，此类病毒对细菌培养的影响范围多达２０%。最著名的例子是健赞公司（美国生技商），其受病毒污染造成的损失估计为几亿美元到逾十亿美元左右。9 j5 U' Z: x& H  q
　　在一篇计划发表于７月１５日的《Science》的论文中，研究者描述了在３２株大肠杆菌菌株中（用所设计的密码子）替代（天然）密码子（密码子是由三种碱基构成的DNA“单词”）、然后将这些局部编辑后的菌株沿演化路径诱导成该密码子的全部３１４个均被替代的单细胞株的具体过程。据Harris Wang（哈佛大学威斯生物工程研究所Church实验室研究员，与耶鲁大学分子、细胞与发育生物学助理教授<同时也是前哈佛大学研究员>Farren Isaacs同为本论文的第一作者）与Peter Carr,介绍，其中许多编辑手段比目前的方法至少提高了两个数量级。0 t" g7 `0 d+ i% K
　　在遗传密码中，大多数的密码子代表一个氨基酸（一种蛋白建筑模块）。但有少数密码子向细胞发送停止给蛋白链添加氨基酸的时间信号，哈佛研究者的研究靶标正是这些负责“终止”的密码子之一。因为该密码子只出现３１４次，而且该TAG终止密码子又是大肠杆菌基因组中最罕见的单词，所以该密码子成为替代的主要目标。研究小组利用的是一个称为多元自动基因组工程平台（或MAGE平台），用另外一种终止密码子——TAA终止密码子替代活体大肠杆菌中TAG密码子（研究小组于２００９年首次披露MAGE运作过程。因其具备在活体细胞中加速目标遗传变化而获得“进化机”称号）
7 K9 I  h, x# K2 a　Isaacs 解释说，MAGE过程是一个小规模的工程过程，TAA密码子替代一部分（不是全部）TAG密码子，从而产生（新的）细胞。由此研究小组构建了３２株菌株（总的来说包括了所有可能的TAA替代）。接下来是应用细胞的内在能力完成称为接合（conjugation）过程的基因交换，研究者诱导细胞以逐渐增大规模的方式传递包含TAA密码子的基因。这一新的方法称为接合装配基因组工程或CAGE，与复赛筛选法类似（从１６对中挑出８对，再从８对中挑出４对，再到２对与最后一对）；每一回合中，胜出者拥有更多的TAA密码子与更少的TAG密码子。所以Isaacs称此为“三月疯”（即“疯狂的”全美大学篮球繁忙冠军赛季　——　译者）。
: U9 s8 R- b: d- o         Isaacs说：“我们正在测试已经走过几十年历程的有关遗传密码保护理论。同时，我们也正在显示我们能够在全基因组水平上产生这些变化。”- E: R! z5 A  p* z7 g* N3 @
　　因为热衷于分享这一促成技术，虽然CAGE只进入半决赛阶段，该研究小组仍然发表了研究成果。其研究结果提示最后的四株菌株是健康的，甚至该小组将四组（每组含８０处基因工程改动）整合进DNA碱基对过百万的染色体片段时也是如此。Carr说“不少人在早些时候对我们深表怀疑：我们真的能够作出如此多的变化而又保持这些细胞的健康吗？事实胜于雄辩。”
- ~$ d9 o+ ]' W$ e" B　研究者很有信心，他们终将创建一种TAG密码子被彻底清除的单一菌株。他们说下一步是删除细胞内读取TAG基因的装置，释放该密码子，使之为全新的目的服务（比如说编码全新的氨基酸）。
# A6 M" d2 g( I7 \1 N　Wang说：“我们正在尝试让人们接受这一挑战性的思想　——　基因组实际上具有高度的可塑性与高度的可编辑性。”
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4 x4 ~- f; a7 Y& t- B  来自丁香园，译者：Docofsoul* x3 j" u% g* ^% N/ g5 x2 G

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marrowstem

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$ t. a, `6 n7 n5 s, x哈佛医学院教授George Church在基因组编辑实验中：# Q1 o3 I' P* @: k( j. Y8 y

fguw

George Church,是个大牛，研究面也特别的广