已知最小的合成基因體 只有不到500個基因!

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「JCV-syn3.0」的製作流程及基因體(Hutchison, C. A. III et al. Science 351, aad6253 (2016).)

 

一個完整的細胞最少需要多少個基因呢?

科學家利用合成生物學的方法製造出迄今最小基因體的細胞,只有將近五百個基因不到。

準確的來說,該合成細胞「JCV-syn3.0」只有 473 個基因,這是由美國克萊格.凡特研究所(J. Craig Venter Institute)的創立者克萊格.凡特(J. Craig Venter,1946-)領導的研究小組花費了廿年努力的工作完成。早在2010年5月,凡特的研究小組宣布他們已成功製造出世界第一個人造生命細胞「JCV-syn1.0」,有 901 個基因。凡特曾是塞雷拉基因體公司(Celera Genomics)的創辦人與前任總裁,在他的帶領下展開與人類基因體計畫互相競爭。

這個合作細胞「JCV-syn3.0」能讓科學家瞭解,一個生命最少需要多少個基因?和需要哪些不可或缺的基因?而且這個最精簡的基因體,也能讓科學家用來研究其他基因加入了這個基因體後會產生何種變化而研究它們的功能。

有趣的是,「JCV-syn3.0」有149 個基因,也就是基因體中三分之一的基因,功能甚至還未知。

自然界已知最小的基因體是生殖器支原體(Mycoplasma genitalium),又稱為黴漿菌,寄生在動物細胞的表面,沒有細胞壁,是所有細菌中最小、最簡單的,只有525個基因。

「JCV-syn1.0」是用絲狀黴漿菌(Mycoplasma mycoides)的基因體為基礎製造出的,他們把「Syn 1.0」分為八個區塊,每個區塊去刪掉一段 DNA 再放回細胞內,看看細胞能否存活,或者利用跳躍子來破壞基因的功能。如此這般,他們能夠把非必要的基因弄掉,他們嘗試上好幾百個組合才完成「JCV-syn3.0 」(「JCV-syn2.0」是中間產物,是首個基因數小於生殖器支原體的基因體)。

當把基因的削減完成後,他們接著重組基因的順序,把參與相同路徑的基因放在一塊,就像把電腦硬碟進行磁區重組一樣。最後剩下了 531,000 個鹼基,僅比生殖器支原體的 600,000 稍小。不過後者離開宿主後很難在實驗室單獨培養,而且18小時才能複製倍增一次,而「JCV-syn3.0」則能夠每三個小時複製倍增一次。

 

原始學術論文

  • Hutchison, C. A. III et al. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science 351, aad6253 (2016).
  • Gibson, D. G. et al. Creation of a Bacterial Cell Controlled by a Chemically Synthesized Genome. Science 329, 52–56 (2010).

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關於作者

來自馬來西亞,畢業於台灣國立清華大學生命科學系學士暨碩士班,以及美國加州大學戴維斯分校(University of California at Davis)遺傳學博士班,從事果蠅演化遺傳學研究。曾於台灣中央研究院生物多樣性研究中心擔任博士後研究員,現任教於國立清華大學分子與細胞生物學研究所,從事鳥類的演化遺傳學、基因體學及演化發育生物學研究。過去曾長期擔任中文科學新聞網站「科景」(Sciscape.org)總編輯,現任台大科教中心CASE特約寫手Readmoo部落格【GENE思書軒】關鍵評論網專欄作家;個人部落格:The Sky of Gene;臉書粉絲頁:GENE思書齋

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