DNA

前言：基因編輯技術(shù)出現(xiàn)重大突破！本周三（15日）國(guó)際知名學(xué)術(shù)期刊《自然》刊登了英國(guó)劍橋大學(xué)分子生物學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的基因研究論文，介紹了該團(tuán)隊(duì)創(chuàng)造出的全球第一種體內(nèi)DNA全為人工編輯合成的生物。該實(shí)驗(yàn)證明即使DNA編碼遭大幅改動(dòng)，生命仍能生存。該研究為可用于生產(chǎn)癌癥、多發(fā)性硬化癥、心臟病和糖尿病等新式藥劑鋪路，并有助破解DNA編碼運(yùn)作機(jī)制的謎團(tuán)。

這個(gè)被稱為「Syn61」的生物實(shí)是一株大腸桿菌菌株，但其特別之處在于其基因組全部經(jīng)人工重新編寫，自然界中并不存在。這株菌株的基因組由劍橋大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室研究人員經(jīng)過兩年研究，在實(shí)驗(yàn)室中編寫出來，共擁有400萬對(duì)由「A、T、C、G」四組堿基組成的堿基對(duì)，若印在A4紙上多達(dá)970頁，也創(chuàng)下了最龐大的人工編寫基因組紀(jì)錄。領(lǐng)導(dǎo)該項(xiàng)研究的劍橋大學(xué)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家錢杰森（Jason Chin）表示，團(tuán)隊(duì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，還未知道能否創(chuàng)造出這樣龐大和改動(dòng)得這樣多的基因組。

DNA是由腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）與鳥嘌呤（G）4種堿基排列組合而成的巨大分子，作為指示身體制造蛋白質(zhì)的編碼。每3個(gè)堿基會(huì)排列出一組譯碼，例如ATC、CGA等等，總共有個(gè)64組合，這些組合排列起來若出現(xiàn)有功能、有作用的片段，就被稱為基因，而一套完整包含生物所有遺傳信息的基因就是基因組。

64組基因譯碼

從單細(xì)胞生物到人類幾乎所有的生命體都使用了64組譯碼，但它們當(dāng)中有些功能重復(fù)，其中61組譯碼會(huì)產(chǎn)生20種天然氨基酸，它們組合在一起，便建構(gòu)出了自然界中任何一種的蛋白質(zhì)。剩下3組的譯碼就像是休止符號(hào)，功用是在蛋白質(zhì)建構(gòu)完成時(shí)通知細(xì)胞，如同標(biāo)記一個(gè)句子結(jié)束的句號(hào)一樣。

劍橋大學(xué)的分子生物學(xué)家賈森帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以常見于土壤與人類腸道的大腸桿菌為研究對(duì)象，借由改寫不同的密碼子探究背后機(jī)制。

密碼子的概念

研究人員先列出大腸桿菌的完整DNA編碼文字版，然后將3種譯碼替換成已知有相同功能的另一組，例如將編碼中的所有TCG組合替換成AGC等。最終研究團(tuán)隊(duì)不僅完全重編了Syn61的基因組，還只用了59組譯碼就合成出20種必需氨基酸，并將代表「句號(hào)」的譯碼從3個(gè)壓縮為2個(gè)，保留剩下的譯碼為將來在活細(xì)胞內(nèi)生成非天然存在的蛋白質(zhì)，提供了合成空間。團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)超過1.8萬次修改后得出一份全新的基因編碼。

研究人員之后人工合成出構(gòu)成編碼的化學(xué)物質(zhì)，并逐段植入大腸桿菌中。經(jīng)過兩年時(shí)間，專家終以人工合成DNA完全取代原有的DNA，得出新生物大腸桿菌Syn61。Syn61生長(zhǎng)速度較一般大腸桿菌慢得多，形狀亦較長(zhǎng)，但仍能存活。這次實(shí)驗(yàn)是迄今為止全球最龐大的DNA編碼替換研究，開創(chuàng)了合成生物學(xué)領(lǐng)域新的里程碑。

大腸桿菌

至于重組基因編碼對(duì)未來基因工程研究帶來什么貢獻(xiàn)，錢杰森指出，由于重新編碼的DNA與一般DNA不同，入侵的病毒很難在內(nèi)部傳播，使它們具有抗病毒性。大腸桿菌被大量使用在治療癌癥、多發(fā)性硬化癥、心臟病和糖尿病的藥劑生產(chǎn)過程中，但當(dāng)過程中遭到病毒或其他微生物入侵時(shí)，整個(gè)生產(chǎn)過程都會(huì)被破壞。然而病毒在重新編碼的DNA內(nèi)很難進(jìn)行傳播，故此能很好的抵御病毒帶來的破壞。

此外，釋放出的多余編碼在未來可以被用于許多其他途徑，例如，讓相應(yīng)編碼的轉(zhuǎn)運(yùn)核糖核酸RNA改去接附其他的非天然氨基酸，進(jìn)而在細(xì)胞或生物體內(nèi)合成新的多肽或蛋白質(zhì)，也為工業(yè)應(yīng)用中構(gòu)建更廣泛的蛋白質(zhì)打開了一扇全新的大門。

結(jié)語：科學(xué)界對(duì)基因編輯的研究已經(jīng)進(jìn)行多年，這次實(shí)現(xiàn)微生物基因全人工編輯，對(duì)治療癌癥、多發(fā)性硬化癥、心臟病和糖尿病的醫(yī)學(xué)科技發(fā)展大有助益?？梢哉雇?，有朝一日基因編輯技術(shù)或許可以做到對(duì)人類DNA完全解讀，用以徹底治療遺傳性疾病。期待這一天的盡快到來！