科學家創造出第一個計算機生成的基因組

　　蘇黎世聯邦理工學院（ETH Zurich）的科學家創造了第一個完全由計算機生成的生物體基因組。這種名為 Caulobacter ethensis-2.0 的全新基因組是通過基本上清理和簡化一種叫做 Caulobacter crescentus 的細菌的天然代碼而建立的。目前，它作為一個大的 DNA 分子存在，而不是生物體本身，但該團隊表示，這是創造完全合成的生命和藥用 DNA 分子的重要一步。

　　十多年前，由遺傳學家 Craig Venter 領導的團隊創造了第一個“合成”細菌，它基本上是 Mycoplasma mycoides 基因組的數字拷貝。然后將其植入受體細胞中，發現它是真實生物的可行形式，甚至可以“自我復制”。

　　這項新研究以先前的工作為基礎，向完全合成生活邁進了一步。如果早期的創作是真實有機體的數字“重制版”，那么新項目就是一個“混錄版” - 團隊采用了與原作相配合的東西，并對它進行了微調，以提高效率。

　　研究人員從 C. crescentus 基因組開始，該基因組天然含有4,000 個基因。像大多數生物一樣，這些基因中的大多數都是“垃圾 DNA”，科學家們之前發現，其中只有大約 680 個是生命所必需的。已發現“最小基因組”足以在實驗室中保持細菌存活。

　　從C. crescentus 的最小基因組開始，該團隊通過去除冗余來進一步削減它。在許多情況下，氨基酸可以組合成幾種不同的組合以達到相同的效果，因此團隊開發了一種算法來計算出理想的 DNA 序列。最后，研究人員替換了最小基因組中 80 萬個 DNA 字母的六分之一。

　　“通過我們的算法，我們將基因組完全重寫為一個新的 DNA 字母序列，不再像原始序列那樣，”該研究的共同主要作者 Beat Christen 說道。“然而，蛋白質水平的生物學功能保持不變。”

　　為了測試這些基因組是否仍能正常運作，研究人員隨后設計了具有天然 Caulobacter 基因組和人工細胞的細菌。他們關閉了一些自然基因并檢查了人工基因是否介入做同樣的工作。他們的成功率相當不錯，680 個人工基因中約有 580 個具有功能性。

　　“憑借我們所獲得的知識，我們可以改進我們的算法并開發一個功能齊全的基因組 3.0 版本，”Christen 說道。“我們相信，很快就有可能生產出具有這種基因組的功能性細菌細胞。”

　　該研究發表在《PNAS》期刊上。