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具有合成极简基因组的细胞进行正常细胞分裂

科学生物学具有合成极简基因组的细胞进行正常细胞分裂

2010 年首次报道了具有完全人工合成基因组的细胞,从中衍生出一个极简基因组细胞, 细胞分裂时形态异常。 最近向这个极简细胞添加了一组基因,恢复了正常的细胞分裂

细胞是生命的基本结构和功能单位,这是 Schleiden 和 Schwann 于 1839 年提出的理论。从那时起,科学家们一直对通过尝试完全破译遗传密码以了解细胞如何生长和分裂来了解细胞功能感兴趣。产生更多类似类型的细胞。 随着的到来 的DNA 测序,已经有可能解码基因组的序列,从而试图了解细胞过程以理解生命的基础。 1984 年,莫罗维茨提议研究支原体,这是能够自主生长的最简单的细胞,以了解生命的基本原理。  

从那时起,已经进行了几次尝试以将基因组大小减少到一个极简数字,从而产生能够执行所有基本细胞功能的细胞。 该实验于1079年首次化学合成了2010 Kb的蕈状支原体基因组,命名为JCVI-syn1.0。 Hutchinson III 等人在 JCVI-syn1.0 中进一步删除。 (1) 3.0 年产生的 JCVI-syn2016 基因组大小为 531 Kb,包含 473 个基因,倍增时间为 180 分钟,尽管细胞分裂时形态异常。 它仍然有 149 个具有未知生物学功能的基因,这表明存在着尚未发现的对生命至关重要的元素。 然而,JCVI-syn3.0 提供了一个平台,通过应用整体原理来研究和理解生命功能。基因组 设计。 

最近,29 年 2021 月 2 日,Pelletier 及其同事 (3.0) 使用 JCVI syn19 通过在 JCVI syn3.0 的基因组中引入 3.0 个基因来了解细胞分裂和形态所需的基因,从而产生具有形态类似于 JCVI syn1.0。 在细胞分裂时。 这7个基因中的19个,包括两个已知的细胞分裂基因和4个编码未知功能的膜相关蛋白的基因,它们共同恢复了与JCVI-syn1.0相似的表型。 该结果表明基因组最小细胞中细胞分裂和形态的多基因性质。  

鉴于 JCVI syn3.0 能够基于其简约的基因组生存和繁殖,它可以用作模式生物来创建具有不同功能的不同细胞类型,这些细胞类型对人类和环境都有益。 例如,人们可以引入导致塑料溶解的基因,这样制造的新生物就可以以生物方式降解塑料。 同样,曾经可以设想在 JCVI syn3.0 中添加与光合作用有关的基因,使其能够利用大气中的二氧化碳,从而降低其水平并有助于减少全球变暖,这是人类面临的一个主要气候问题。 但是,必须极其谨慎地对待此类实验,以确保我们不会在释放后难以控制的环境中释放超级生物。 

尽管如此,拥有具有极简基因组的细胞及其生物操作的想法可以导致创造具有多种功能的多种细胞类型,能够解决人类面临的主要问题及其最终生存。 然而,完全合成细胞的创建与功能合成基因组的创建之间存在区别。 理想的完全合成人工细胞将由合成基因组和合成细胞质成分组成,随着技术进步达到顶峰,科学家们希望在未来几年内早日实现这一壮举。  

最近的发展可能是创造能够生长和分裂的完全合成细胞的垫脚石。 

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参考文献:  

  1. Hutchison III C, Chuang R., et al 2016. 最小细菌基因组的设计和合成。 科学25 2016 年 351 月:卷。 6280,第 6253 期,aadXNUMX 
    作者: https://doi.org/10.1126/science.aad6253   
  1. Pelletier JF, Sun L., et al 2021. 基因组最小细胞中细胞分裂的遗传要求。 细胞。 发布时间:29 年 2021 月 XNUMX 日。DOI: https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008 

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拉杰夫·索尼
拉杰夫·索尼https://www.RajeevSoni.org/
Rajeev Soni 博士 (ORCID ID : 0000-0001-7126-5864) 拥有博士学位。 拥有英国剑桥大学生物技术学士学位,并在斯克里普斯研究所、诺华、诺维信、Ranbaxy、Biocon、Biomerieux 等全球多家机构和跨国公司工作 25 年,并担任美国海军研究实验室的首席研究员在药物发现、分子诊断、蛋白质表达、生物制造和业务发展方面。

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