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“基因组简化细胞”也可以突变增殖,人工细菌的进化能力超过自然

科技日报记者 张佳欣。基因菌的进化

印第安纳大学和克雷格·文特尔研究所领导的组简殖人自一个团队从支原体细菌中创造了最简单的细胞,只有493个基因,化细是胞也变增所有自由生命体中最小的基因组。这些细胞可以进化和生长,可突增殖更多,工细并在缩小基因组时恢复遗传适应性。超过这项研究将帮助人们更好地理解如何成功地设计合成细胞,基因菌的进化甚至开启合成生命的组简殖人自时代。


最小细胞簇的化细电子显微照片放大15000倍。简化细菌-蘑菇支原体JCVI-syn3B,胞也变增不到500个基因。可突这张照片由汤姆·迪林克和马克·埃利斯曼在加州大学圣地亚哥分校国家成像和显微镜研究中心拍摄。工细

生物体细胞中有一本生命之书——基因组。超过遗传指令的基因菌的进化数量决定了一种生物的特征和功能,无论是有460万碱基对的大肠杆菌,还是有430亿碱基对的澳大利亚肺鱼(约为人类基因组长度的14倍)。

但是基因组必须这么长吗?众所周知,大自然通过编程冗余来帮助生物应对环境压力或抵消有害突变。如果把一个长基因组简化到最基本的形式,会发生什么?事实证明,即使没有完整的基因组,生命仍然会找到一种生存和繁殖的方法。

蘑菇支原体是一种可引起传染性牛胸膜肺炎的细菌,它生活在反刍动物的肠道中,如奶牛和山羊。2016年,克雷格·文特尔研究所的科学家将蘑菇支原体的基因组从901个基因减少到493个基因,创造了一种新的合成菌株JCVI-syn3B。

研究人员观察了这种“基因组简化细胞”在实验室环境中的反应。一般细胞可以大量增殖,但只有精简基因组的人工细胞会增殖吗?突变会发生吗?如果可能的话,这些突变是促进还是阻碍了基因组细菌的简化?

蘑菇支原体JCVI-syn3B基因组精简后的每一个基因都是必不可少的。研究假设该菌株不会突变,进化潜力有限。

但研究发现,即使只有最简单的基因组,蘑菇支原体在实验室自由生长的300天内也表现出很高的突变率。与营养资源有限的试管中未经300天生长的细胞和基因组未被篡改的蘑菇支原体相比,这300天使基因组简化细胞具有生存优势。研究人员发现,这一时期有助于细菌在剥离基因组时恢复50%的适应性。这些细胞的进化速度甚至比未被篡改的同类细胞快39%。

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