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“进阶版”人造细胞问世:可正常生长分裂

合成细胞JCVI-syn3A。

5年前,科学家们合成了一种单细胞有机体――JCVI-syn3.0,它只有473个基因,是已知最简单的活细胞。然而,这种细菌样有机体分裂产生的子代细胞,形状和大小都大不相同。

近日,来自美国克雷格?文特尔研究所(JCVI)、国家标准与技术研究所(NIST)和麻省理工学院(MIT)的科学家们在《细胞》杂志上发表论文称,只需要给JCVI-syn3.0细胞添加7个基因,就能使其整齐地分裂成均匀的球体。这标志着合成生物学又向前迈出了重要一步。

工程合成细胞可以作为迷你工厂生产药物、食物和燃料,也可以像微型电脑一样在体内检测疾病。但是,要设计并建造一个完全按照人类意愿运作的细胞,不仅需要一系列基本部件,还需要了解它们的有机组合方式。

2010年,JCVI的科学家们构建了第一个带有合成基因组的细胞。当然,他们并非从零开始:首先他们破坏了支原体的DNA,然后用计算机设计、合成了新DNA,并放入支原体细胞中。这是地球生命史上第一个拥有完全合成基因组的有机体,被命名为JCVI-syn1.0。此后,科学家们一直致力于简化这种生物体的基因成分。他们在5年前创建了超级简单细胞――JCVI-syn3.0,可能是因为太过简单,其生长和分裂都不太正常

在这项新研究中,科学家们向JCVI-syn3.0中添加了19个基因(包括正常细胞分裂所需的7个基因),创造了新的变种――JCVI-syn3A。它只包含不到500个基因,而人类的细胞大约有3万个基因。

该合成生物学小组耗费数年完成了这7个基因的识别工作。论文第一作者、JCVI科学家Lijie Sun通过系统地添加、移除基因,共构建了数十个变异菌株,并和同事们一起观察了这些基因变化如何影响细胞的生长和分裂。为此,研究人员特别设计了一种微流体化学调节器,最终取得了展示合成细胞生长和分裂的定格运动视频。视频显示,五年前创造的JCVI-syn3.0会分裂成不同形状和大小的细胞(但所有细胞的基因组都一样);而变种JCVI-Syn3A细胞分裂成了形状、大小更均匀的细胞。

在为正常的细胞分裂而添加的7个基因中,科学家们只知道其中2个的作用,其他5个基因对细胞分裂的作用依旧未知。“生命仍然是一个黑匣子,但通过这种简化的合成细胞,我们可以清楚地了解细胞内部的情况。”论文合著者Strychalski说。

科界原创

编译:花花

审稿:西莫

责编:陈之涵

期刊来源:《细胞》

期刊编号:0092-8674

原文链接:

https://phys.org/news/2021-03-scientists-simple-synthetic-cell.html

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