科学怪人基因组成为《时代》年度科学发现

　　

生物通报道：素有“科学怪人”之称的著名美国科学家Craig Venter所发明的双倍体基因组序列（diploid genome sequence）登时了美国《时代》杂志的2007年度第二大最重要科学发现。另外，强生公司的一个子公司研发的一种RT-PCR乳腺癌检测技术成为本年度第二重要的医学突破。

 

Craig Venter的基因组是世界首个已测序的双倍体基因组，其测序结果发表在9月的PLoS Biology杂志上。这个基因组是利用Sanger测序方法完成，他在宣布这项成果时是如此介绍：这可能是首个也是最后一个利用这种耗费成本和时间的老技术所测序的个人基因组。

 

Venter估计这项研究计划至少花费7000万美元。到目前为止，这种高质量的草图还没有完成。为了封闭缺口、改善单型体的装配，研究人员目前正在利用新一代的测序技术获得其他数据。

 

为人类基因组计划的完成做出重要贡献

 

Venter曾对人类基因组计划的完成作出过重大贡献。1990年，来自法国、德国、日本、中国等六国的科学家组成了一个多国合作小组开展人类DNA测序工作以揭开人类基因组之谜。最初他们希望2005年前能够获得人类DNA序列的图谱, 但是到1997年, 在耗费了巨额资金和一半预定时间之后，多国合作小组仅完成了3%的测序工作。

 

与此同时, Craig Venter博士 创立了一个名为“Celera Genomics”的风险投资公司并宣称他将在无政府投资条件下早于多国合作小组完成人类基因组计划。就在1991年，Craig Venter开发出新的测序技术。Celera采用了如“散弹枪”等一系列新的方法并很快真的追上了多国合作小组。看到自己即将失利, 多国合作小组在美国总统克林顿的撮合下开始与Celera合作, 在2000年6月完成了90%, 2001年初完成了99%的人类基因组草图. 有意思的是多国合作小组在英国的自然（Nature）上而Celera在美国的科学（Science）上各自独立的在同一周发表论文, 在2001年2月12日的记者招待会上联合宣布人类基因组测序工作的完成.。

 

也许是出于政治原因,两大权威科学杂志均在没有100%检验并证实结论的情况下刊登了他们的论文, 而且两个小组由于竞争关于统一课题的成果都没有做足够的方差检验. 事实上他们的成果中大概有0.14%(大约400万碱基对)序列差异, 还需更完整的检验。

 

多国合作小组将30亿碱基对切成几个细菌人工染色体(BAC)片断, 然后切成更短的片断以便使用碱基序列分析仪. 普通BAC含有约150,000碱基对, 这就是说200,000个BAC就可以足够包含全人类基因组。理论上说200,000个BAC足够了, 但事实上他们使用了300,000个BAC. 因为DNA自动测序仪可一次读取约500碱基. 他们随机截取BAC克隆体并读取首端和末端各500个碱基, 然后组合得到大于1000碱基的全序列. 通过比较重叠的片断, 连接然后重建序列. 多国合作小组通过分析5800万碱基的重叠读取了230亿碱基对序列, 这是人类基因组的八倍. 99%草图有400,000个片断. 其余的1%是将这些片断连接以及24条染色体(22对和X,Y), 尚待后续工作。

 

而Craig Venter带领的Celera研究组的进展略有不同。他没有使用BAC克隆体而是将全基因组随机切成几千万片断, 读取每一片段的序列然后拼接它们。尽管看上去更直接，由于要比较几千万个序列信息并找到重叠部分，这项工作需要大量的计算机工作。为解决这个问题Celera的合作者们发明了高效的生物信息学(Bioinformatics)运算法则, 从而得以短期内赶上多国合作小组的工作。

 

欲替代造物主，人工造出活细胞甚至完整生物

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在常人眼里，Craig Venter的一些举动似乎有点疯狂。他曾宣称要用人工方法创造出活细胞甚至是完整生物，自己成为“造物主”，让上帝去一边凉快。为此，他的研究团队花费了大量的心血来实现这个梦想。而在今年，他的研究团队确实也获得了多项令人瞩目的成果。

 

Craig Venter等人在今年的《科学》杂志上宣布，将人工合成的染色体植入了细菌细胞,得到表达人工染色体的新支原体,他们将其命名为实验室支原体(Mycoplasma laboratorium)。

 

在过去的几年里，Venter和同事确定出，一种最小的基因组至少需要含有400个基因来维持一个自由生活的细胞。他们通过系统地敲除简单细菌Mycoplasma genitalium（一种通过性传播、感染人类的寄生虫）的基因达到了。

 

Venter希望能够利用构成DNA的核苷化学合成这个基因组（生命必须基因组），然后将它放入一个细菌细胞中。达到这个目标需要一种替换能用合成的基因组替换掉Mycoplasma基因组的技术。这项新的研究证实这种基因组的移植是有可能的。

 

Venter的研究组尝试将Mycoplasma mycoides的基因组转移到一个同类病菌M. capricolum中。这两种细菌都能感染山羊、绵羊和牛。依据它们合成的蛋白质，最终得到的这些细胞似乎已经完全变成了M. mycoides种。由于Mycoplasma细胞太小，很难利用机械方法来操作，因此研究人员不得不设计很费事的化学和物理方法来从一种细菌中提取基因组并将其引入到另外一种细菌中。这个过程说起来很容易，但实际操作起来则非常复杂。

 

Venter之前因希望能够为他的最小基因组申请专利而引发争议，他表示一旦完成了基因组的准备工作，则这项移植技术将会使他们能在很短的时间里合成第一个细菌。而这个过程大概需要数周或数月。（生物通杨遥）

 

科学怪人Craig Venter已入选生物通网站主办的“Sigma-Aldrich特约之2007年度科技人物”的候选人物，欢迎读者踊跃参与评选。