[转帖]DNA人工合成技术的重大突破

DNA人工合成技术的重大突破 消息来源：www.lifeomics.com

图片说明：基因组构建：DNA 测序技术解码了生物体的基因组；DNA 人工合成和基因组构建技术则使反向过程成为可能。细菌基因组可以利用DNA序列信息和原始的化学物质进行构建。 图片来源：www.sciencemag.org         Thomas Hardy在他的诗歌《继承》（Heredity）中（原文如下：“I am the family face; flesh perishes, I live on, projecting trait and trace through time to times anon, and leaping from place to place over oblivion.”）非常人性化地描述了这样一个现象：所有生命都可以直接通过对上一代的继承而生存。从科学角度来看，遗传物质如脱氧核糖核酸（deoxyribonucleic, acid DNA）或者核糖核酸（ribonucleic acid, RNA）的复制和传播是每一代生物将含有其特征的信息传递给下一代的主要方式。Gibso等人突破了天然继承的约束，转而通过整合遗传信息和原始化学物质来构建细菌的整套遗传物质或者说是整个基因组。首次构建能够编码一个可以自我复制的生物的基因组，为遗传学和生物技术都提供了新的契机，同时也强调了对于DNA构建技术的迫切需求，并增加了现在对于简化生命体操作有何作用的公共讨论的现实意义。       Gibson等人使用了一种多阶段的方法来构建生殖支原体（Mycoplasma genitalium）基因组。首先，待合成的基因组中的含有582970个碱基对（base pair, bp）的DNA序列的信息是通过一个计算机数据库获得并被分割成较短的片段，或者是最高可达约7000bp的DNA序列组件。商业化的DNA供应商随后就可以构建这些序列组件。来源于蔗糖的原始化学物质则一起被用来合成特殊的寡核苷酸（oligonucleotides），最长约几百个碱基对的短DNA片段。之后生产商将这些寡核苷酸整合起来就得到了所需的序列组件。Gibson等再按着一种分层次的策略来组装、检验，或者在有必要的情况下修正过长的DNA片段，从而最终得到全长基因组。       如果所有生物体都由遗传物质编码，那么目前以及将来在DNA合成和基因组构建技术的进步将具有重要意义。例如，美国国立卫生研究院（NIH）每年大约要花费15亿美元资助DNA的人工合成。这样的工作耗费了许多生物学家和生物技术工程师的实验精力，而隐性的机会成本就更加难以估算。而且，所需要的特殊操作技术和乏味的DNA操作工具使得物理学、电子工程学以及生物信息学等领域的大多数学生和科研人员缺乏信心。因此，一种可以快速、可靠、经济地提供DNA分子的改进方法将促进并拓展生命科学和工程学的研究，而且将成为协调公共研究项目的理想目标。       与此同时，考虑到大多数早期遗传基因的编码功能的发现往往依赖于野生型和随即获得的突变型之间的分析研究。这种方法类似于，将许多汽车用锤子随意地砸碎，然后再通过驾驶每一辆车来确定到底哪个零件是关键。在过去30年，DNA测序技术的诞生与进步已经为探索遗传功能提供了帮助。通过比较不同生物来源的DNA序列，研究人员现在可以鉴别出那些经过几百万年的进化后仍然相对恒定的基因。相隔很远的生物之间具有相同DNA序列的现象暗示了如果利用一种进化的“锤子”破坏这一序列将对生物体造成有害的影响，因而这一保守的序列很可能编码了一个非常重要的功能。       然而，还需要另外两种途径来确认并反复鉴别一个天然的DNA序列所编码的所有功能。被认为可以影响表型的特异DNA序列必须被有意地改变并且确认预期效果。同时，看来不相关的DNA序列必须被敲除、打断，或者被修饰，并被证明是不重要的。目前为止，这些额外的实验手段只能应用于较短的DNA序列或者是已研究透彻的生物体上。在开发基因组构建方法的过程中，Gibson等人希望能够更容易地研究那些可以被独立打乱的基因是否也可能被联合打乱。进一步来说，进行各种同时发生并可操控的天然DNA序列的改变，以及建立和测试合成系统的能力，将给研究人员提供一种可以探索生命是如何进行的有效的新型“锤子”。       Gibson等人构建的这一582970 bp长的“人造”基因组也明确地说明了现在利用公开的DNA序列数据、方法、材料，构建包括受严格调控的病原体（如天花）在内的所有已知的人类病毒基因组是可行的。目前，基因组的构建过程本身以及含有新合成的无活性基因组的转染载体的制作，都需要非常熟练的专家和大量的资源（Gibson等必须还要证明他们合成的基因组能够编码出活体细菌）。与此同时，值得称道和借鉴的是近期正在进行一些国际性的努力以确立和促进相互竞争的DNA供应商之间可以安全可靠的合作。而且，进一步的努力会着眼于发展专业的协会和用于生物学工程师的改善的操作标准。     原文检索：www.sciencemag.org     Clark/编译     关键词：生殖支原体； 寡核苷酸 Key words：Mycoplasma genitalium ；oligonucleotides