Nature：世界首家遗传工程电子商务网站

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Nature：世界首家遗传工程电子商务网站
- L: I. L4 b( v2 I& c2013-04-28 来源：lifeomics 作者：YORK/编译
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BIOFAB公司的创办人Drew Endy（图左）和Adam Arkin（图右）希望他们的工作能够有助于合成生物学研究更快地步入工业化生产的新阶段。' d3 Q- |+ R( r* i$ W6 o4 w  E
标准的工具序列将会使遗传工程学研究工作更有目的性和可预测性。
; D- ^/ y3 z! y6 Z- d+ Q+ X! D1 x最近在互联网上又刚刚上线了一家电子商务网站，不过这家网站销售的可不是普通的商品，他们提供的是DNA业务。该业务能够帮助生物学家们更有目的性地从事遗传学改造方面的工作。这家公司就是总部位于美国加利福尼亚州埃默里维尔市（Emeryville, California）的BIOFAB公司，他们自称是世界上第一家专注于生物设计——制造服务（design-build）的公司。! _  D/ }4 a( O9 c$ s
BIOFAB公司最先开展的业务主要针对的是大肠杆菌的DNA序列，他们可以非常精确地对大肠杆菌基因的活性进行调控。BIOFAB公司是依靠美国国家科学基金会（US National Science Foundation）提供的140万美元作为启动资金，于2009年成立的一家新兴公司，他们主要专注于高端的合成生物学业务，目前提供的主要服务是为客户提供标准化的、能够控制基因表达水平的DNA“零部件”。他们的客户——分布于全球的生物学家可以利用这些标准化的零部件对各种各样的细胞进行各种遗传学改造，比如往细胞里塞入一些外源基因，使细胞具备某些符合我们人类需要的功能和特性，满足医学等各个领域的需要，造福人类等。
, i& l; A; v9 s/ ^) |6 P9 G" {不过这些外源序列如果要很好地应用于合成生物学工作，首先需要克服一个大难题，那就是“服从性”的问题，即如何保证序列插入细胞之后能够按照我们的预计，发挥它应有的功能。这一直是困扰科学家们的一个大问题，哪怕是在大肠杆菌这个被我们应用了几十年，应该是科学家们相当熟悉的工程菌当中也同样存在这个问题。据BIOFAB公司的合伙人之一——美国加利福尼亚州斯坦福大学（Stanford University in California）的合成生物学家Drew Endy介绍，人们可能会认为，只要进行了遗传学改造的操作，那么被改造的细胞（或者生物）就应该按照设计发生预计的改变，就好像平时对大肠杆菌进行的那些试验操作一样，可实际情况并不是这样的。( w) I- }3 N, W; `1 J$ ^- ~
通常来说，如果要让一个细胞表达某个基因，那么首先应该将一条目的基因转入细胞内，然后促进它转录、翻译成我们需要的蛋白质。但是首先得让细胞的翻译机器“认识”这条外源的核酸，即必须要让细胞认出DNA上的启动子序列，这样才能开始转录，生成RNA产物。同时核糖体结合位点（ribosome binding site, RBS）也非常重要，因为这是决定RNA翻译成蛋白质的关键。  Z6 b/ x* T  k( p' c+ ?
在近30年里，科学家们收集了大量的核酸序列信息，也成功地表达了很多种目的蛋白。其中有一些序列的表达水平非常高，可是有一些的表达水平却又非常弱，每条基因表达产物的量相差非常悬殊。
- a& Y4 b7 ?1 [, |Endy与劳伦斯伯克利国家实验室（Lawrence Berkeley National Laboratory in Berkeley, California）的Adam Arkin（他是BIOFAB公司的另一位创办人）发现，其实我们很难预测这些基因的表达活性。他们近日在《自然方法》（Nature Methods）杂志网络版上发表了两篇论文，介绍了他们在这方面取得的工www.biofa作成绩。Endy和Arkin使用荧光蛋白编码基因对外源基因的表达活性进行了研究，他们在这个基因的上游插入了不同的启动子和RBS序列，并对各种启动子和RBS序列组合的转录活性（即产生的荧光强度）进行了比较，可结果却一团糟，因为同一对启动子与RBS序列组合后针对不同的基因会产生不同的转录活性。
/ A% s5 ^8 Z! Y8 ~4 \Arkin和Endy还引用了之前的一项研究成果支持他们的发现，这项之前的研究发现，在科研人员们试图表达某种蛋白的时候，他们只有大约50%的机率得到超过期望中的表达量一倍的蛋白产物。这么低的成功率可是让合成生物学家们头痛的大问题，因为他们往往需要在细胞中表达好几十个基因，用这些基因的表达产物构建一套新的体系，随便一个基因的表达量达不到要求都会让整个工作功亏一篑。4 y+ F$ i4 u+ h, D& X5 f
所以BIOFAB公司才想到了将RBS和启动子组合起来的主意，我们知道大肠杆菌的RBS和启动子序列的活性与下游的被调控基因是无关的。也就是说无论它们下游的基因是什么样的序列，理论上都能够被启动表达，这可以对基因表达进行更强的控制。这样科学家们就可以有大约93%的机率得到超过期望中的表达量一倍的蛋白产物。现在大家可以自己到  http:// www.biofab.org/data 的网站上免费下载这些序列信息。据Arkin介绍，他们提供的这些序列已经给他的多位同事提供了非常大的帮助。; ?$ V3 C. u; d
Endy和Arkin的团队还开发了一款统计软件，能够对他们的RBS和启动子组合的表达活力进行统计和评价，当然今后也可以对任何应用于合成生物学操作的遗传元件进行评价。这款软件还能够让研究人员自己为任意一个生物学系统创建一个工作表，方便他们开展工作和相互之间进行交流。% Q% r% Y% k" U( f' P
Randy Rettberg是在美国马萨诸塞州坎布里奇一家非盈利组织——iGEM基金会（iGEM Foundation in Cambridge, Massachusetts）工作的一名合成生物学家，他曾经与Endy共同开展过类似的工作，他认为今后会有更多的实验室选择BIOFAB的服务，以工业化生产的方式构建人工合成的生物系统。英国爱丁堡大学（University of Edinburgh, UK）的合成生物学家Alistair Elfick也认为，BIOFAB公司的服务可以帮助他们这些合成生物学家设计出规模更大、而且更复杂的人工生物系统。
& n' Q, m& H3 ?# U9 K! _Elfick认为，从事合成生物学研究的人应该都非常明白，如果要让图纸上的设计在细胞里成为现实，还有很长的一段路要走。% ?, w2 ~% e* F
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原文检索：
4 ~& \; Q) O3 X$ D. kEwen Callaway. DNA tool kit goes live online. Nature, 14 March 2013; doi:10.1038/495150a
8 q3 M- e( _, [# `•        期刊NATURE
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