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人造細胞 助揭開生命秘密

2016/4/1 — 16:35

DNA / Wikipedia

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生物學家成功製造出擁有最少基因組的人造細胞,基因醫學發展踏出重要一步。

我們所做的都相當重要,因為我們可由此更加清楚細胞的運作。令我們可以以此知識,更有效地設計應用在醫學上使用。——研究人員 Clyde Hutchison。

合成生物學家 Craig Venter 希望透過製造出含最少基因組細胞,找出所有生命都擁有的必要基因組 (essential gene)。必要基因組就如建築的根基,用作支撐著整個建築物。Venter 的研究隊伍認為,若能成功研發出最少基因組細胞,將可以幫助科學家了解到維持生命核心功能的基因,並以此方向了解改造基因,甚至乎將其重新設計,用於醫學、生物能源,甚或是對抗天災等的方法。

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不是唯一組合

經過 20 年的努力,研究人員終成功製造出名為 JCVI-syn3.0 的細胞。 JCVI-syn3.0 只擁有 473 組基因,數量比起自然界的生殖道黴漿菌 (Mycoplasma genitalium) 還要少至少 50 組基因。人造細胞 JCVI-syn3.0 可以依賴培養皿中的養份生存、生長和繁殖,是現今擁有最少基因組的生物。

反復測試製作「最少基因組」

要從基因組人造細胞並不容易,他們將生殖道黴漿菌的基因逐一刪除測試,2010 年,他們終合成到第一個人造細胞—— JVCI-syn1.0。不過,syn1.0 只是復製細胞製作,而非真正「設計」,所以他們再埋頭研究,務求真正設計出真正的人工細胞。在設計過程中,Venter 隊伍曾製作了只有 431 個基因,稱為 M. mycoides 的人造細胞,可惜細胞因缺少必要基因,未能生存。

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為了製作出最少基因組細胞,他們將 M. mycoides 的基因組拆開成 8 個不同的 DNA 組,再重新組合。在反復測試的過程中, Venter 可找出必要基因以及將多餘的基因刪除,令細胞可以生存的同時,也可以保持最少基因數目。

未知仍在 尚需研究

不過,成功研製出 JCVI-syn3.0 只是了解生命的第一步;在 473 個基因中,他們只知當中 3 份 2 基因的結構和功能,但對其餘 31% 的詳情仍是毫無頭緒。Venter 坦言:「我們成功將世上生物基因排序好,卻未知當中對生命最重要的 149 個基因卻一無所知!」他強調,雖然 JCVI-syn3.0 是現時擁有最少基因組細胞,但卻並不是唯一的最少基因組合。因為隨著環境變異,生物所需的基因亦有不同,必須基因組組合也會隨之改變。

研究不單可以令科學家更加了解生命基本要素,更有助應用於不同生物科技中。研究合作夥伴 Synthetic Genomics 的 Dan Gibson 指,研究的長遠目標將會是設計和製造出合成生物,令研究人員可在這類合成生物中加入不同功能,在工業、醫學甚或是生物能源等不同範疇應用。

報告:
Hutchison, C.A., Chuang, R. Y., Noskov, V.N., Assad-Garcia, N., Deerinck, T.J., Ellisman, M.H. ... & Venter, J.C. (2016). Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science, 351, 6280. DOI: 10.1126/science.aad6253

原文:
New Scientist, Artificial cell designed in lab reveals genes essential to life, 24 March 2016
Nature, ‘Minimal’ cell raises stakes in race to harness synthetic life, 24 March 2016
The Guardian, Landmark as lab creates synthetic cell with minimum genes needed for life, 24 March 2016

文/eh

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