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酵母菌染色體完全合成!隨心創造多重基因剔除菌株

合成生物學家一直以來的夢想,便是無中生有合成出生物體,進而隨心所欲創造出前所未有的生物體,有賴於 DNA 定序與合成技術的不斷創新,首先在 2010 年,知名生物學家 J. Craig Ventor 所領導的團隊利用黴漿菌(Mycoplasma genitalium)這隻細菌的基因體作為樣板,製造出世界上第一隻人工合成細菌,除了合成原核細胞,現在,由美國約翰霍普金斯大學所主導,與英國、法國、印度的科學家所組成的國際團隊,更進一步合成出真核細胞酵母菌(Saccharomyces cerevisiae)的第三號染色體,擁有這條人工合成染色體的酵母菌與原始酵母菌相較,幾無二致。

令人驚訝的是,這條人工合成的第三號染色體是根據原本的染色體為範本,人工翻修、改造、設計出來的!從2007年起,世界上許多知名大學的合成生物學家共同發起一項名為「Sc2.0」的計劃,各大學分別認領酵母菌的一條染色體,在名為「Build-A-Genome」的大學課程中,招集來自資訊工程、化學、生醫工程、生物學、生物分子工程、生物物理等多元領域的大學生們,學習並實驗如何從無到有合成出酵母菌的基因體,並加入自己想要的設計,在約翰霍普金斯大學的大學生和教師的努力之下,終於成功將自己設計的染色體替換掉酵母菌原本的染色體。

更重要的是,此團隊在每個非必需基因(non-essential genes)後面加上了 LoxP 位點,於是科學家可以藉由表現 Cre 重組酶,同時隨機剔除兩個以上的非必需基因,因此便能快速知道哪些基因的組合是非必要的,甚至可能最小化酵母菌的基因體,有利於科學家進一步探索酵母菌中尚未被發掘的生物機制,不過,「Sc2.0」這項計劃仍在進行中,待其他大學的團隊也合成出其他染色體,便能做出一個完全人工合成的酵母菌!

 

圖片來源:http://goo.gl/NpnOML

資料來源:

Annaluru, N., Muller, H., Mitchell, L. A., Ramalingam, S., Stracquadanio, G., Richardson, S. M., . . . Chandrasegaran, S. (2014). Total synthesis of a functional designer eukaryotic chromosome. Science, 344(6179), 55-58. doi:10.1126/science.1249252

 

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