科學家製造出半合成細菌 未來或可操縱新生命形態

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長久以來,人們認為大自然才能創造生命。現在,科學家們在實驗室里成功創造出半合成的單細胞細菌,堪稱開創性的成果。至今所有生命的遺傳型態僅包含四個天然的鹼基,經過簡單地重新排列可組成所有的生命。

半合成細菌

來自美國斯克里普斯研究所((The Scripps Research Institute,TSRI)的 Floyd Romesberg教授和他研究小組宣布開發出首個穩定的半合成有機體。科學家利用兩隊天然鹼基(A、T、G和C)及一對人造鹼基 (X和Y),成功合成出單細胞細菌。

該研究小組在2014 年的一項研究中合成出 X 和 Y 時,他們也證實大腸桿菌能持有這對合成鹼基,但是大腸桿菌在分裂時,卻做不到讓這對合成鹼基無限期地保持在它們的遺傳密碼中。在一段時間後X和Y鹼基會遺失,從而限制這些大腸桿菌使用它們的DNA中持有的這些額外的遺傳

在新的實驗中,研究成員 Yorke Zhang 和Brian Lamb 修飾了細菌中的核苷酸轉運體(nucleotide transporter),核苷酸轉運蛋白可攜帶複製這對非天然鹼基所需的材料跨過細胞膜,使合成鹼基 X 和 Y 可以通過細胞膜,從而使這種半合成細菌更能容易生長和正常分裂,並保留 X 和 Y在它們的遺傳訊息中。

Crispr-Cas9新用途  防止細菌驅逐合成鹼基
最後,這些研究人員利用CRISPR-Cas9為這種半合成有機體基因設定一個「拼寫檢查」系統,CRISPR-Cas9是一種用於基因編輯中的工具。但這次不是用於基因編輯,它們借用CRISPR-Cas9在細菌中的初始作用。防止細菌將合成鹼基 X 和 Y 當做入侵者。在細菌中,CRISPR-Cas9(一種DNA片段和一種酶)作為一種免疫反應發揮作用。

當細菌遭遇到危險(以病毒為例)時,它獲得入侵病毒的基因組片段,將這些片段整合到它自己的基因組上。如果這種入侵病毒再次來臨,那麼它能夠利用這些整合的片段引導一種酶發動攻擊。因此,研究人員對此種半合成有機體進行改造,讓它們把缺乏X和Y的基因序列識別為一種外來的入侵物。因而丟失了X和Y的細胞將會被摧毀,從而留下攜帶這些新鹼基的半合成有機體。

新的生命形式?

這顯示所有的生命過程能夠受到操縱?Romesburg 說:「我們已經可以使細菌穩定增生,這表明所有的生物過程可能都可以進行人為操控。」但是Romesberg 強調這項研究指在單細胞有機體中開展,並不意味現在就可用於更加複雜的有機體中,因為目前這種半合成細菌實際沒有任何運用,科學家們僅能夠讓這種半合成有機體儲存遺傳信息。微來這些研究人員計劃研究它們的新的遺傳密碼如何能夠轉錄為 RNA,即將DNA翻譯為蛋白所需的分子。Zhang說「這項研究為我們繼續開展研究奠定基礎。」這是下一步工作的基礎。

參考文獻:

A semisynthetic organism engineered for the stable expansion of the genetic alphabet
http://www.pnas.org/content/114/6/1317.abstract

作者

江 盛之

擅長觀察生技及醫療時事,並關心國際間最新醫療科技動態與發展,運用淺顯易懂的說明方式,讓讀者快速閱讀並理解。

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