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“人造生命体”合成酵母基因新进展:加装系统让菌株快速进化

2018-05-23 09:16:04      参与评论()人

回到Sc2.0项目,这一项目的目标是人工合成整个酵母的基因组。不过,Sc2.0项目目前仍保留了大量野生型基因组的DNA序列,同时只引入了少量新的改变。

其中一个改变就是特定重组位点的插入,即loxPsym位点,位于每个非必需基因终止密码子下游3bp(碱基)的位置。类似来源于P1噬菌体的天然LoxP位点,loxPsym位点能通过Cre重组酶促进直接重组。研究证实,SCRaMbLE可以介导长达几百Kb(千碱基对)范围的基因组重排。

戴俊彪解释,“合成酵母里面每条染色体上面可能都有几百个LoxPsym位点,Cre重组酶可以在不同的菌株里面随便抓2个进行重组,这就相当于整条染色体在大的菌株群体里面发生了各种不同的重排过程。”

毫无疑问,相比于传统繁殖、诱变,甚至现有的遗传工程等,SCRaMbLE系统下的这项新技可以在短时间内制造大量遗传变异体的“池子”。

戴俊彪表示,“想要诱导SCRaMbLE,第一合成染色体上要有很多不同的LoxPsym位点分布在不同的位置,第二要诱导表达Cre重组酶。而染色体重排以后会对这条染色体上的基因表达造成一定的影响,所以可以通过这点优化底盘细胞,也就是让细胞对某一种性状更适应。”

值得一提的是,SCRaMbLE系统早在2011年就首次发表于《自然》,由Boeke率领的团队完成研究。在当时的研究中,携带部分人工合成染色体(插入43个LoxPsym位点)的菌株在重组酶激活后最终产生了突变菌株,这些突变株在生长率方面表现出了很大的变化。同时还证明了重组仅仅发生在LoxPsym位点。

戴俊彪称,研究人员将这一系统命名为SCRaMbLE系统,暗示着原基因组被彻底“打乱了”(scramble)。

戴俊彪和英国曼彻斯特大学蔡毅之的合作队伍还为SCRaMbLE系统设计了一套筛选系统ReSCuES,这套系统被形象地称为神奇的“进化加速器”。

在细胞内的野生型loxP位点和loxPsym位点具有严格的正交性,即不会发生交叉反应,但是都能够被Cre重组酶识别并介导反应。利用这一特性,研究团队构建了一个正交性的报告系统ReSCuES,可以从SCRaMbLE后的混乱群体中精确筛选出发生基因组重排的细胞。

此外,英国帝国理工学院Tom Ellis团队还重点对携带了一条完全人工合成染色体(5号染色体)的酵母进行了应用研究。用SCRaMbLE系统改善药物合成,并使菌株适应另一种替代糖原的代谢。

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