细菌基因组“调包”

　　

生物通报道：新的细菌基因组移植技术有助于合成生物学的研究

研究人员已经成功利用基因组取代技术，将一种细菌改变为另一种与之亲缘关系较为紧密的另一细菌。这种由J. Craig Venter 进行的“移植（transplantation）”技术，有望将合成基因组插入细胞，用于生产合成生命。详细研究内容刊登于本周《Science》杂志。

能否为合成生命申请专利？

Venter与其研究所（J. Craig Venter Institute）的同事合作，用Mycoplasma mycoides的基因组取与之关系密切的Mycoplasma capricolum的基因组。之所以采用Mycoplasma，是因为这细菌的基因组较小（约为100万个碱基对）且没有细胞壁，很容易进入大的DNA分子。

Venter等将M.mycoides悬浮在琼脂糖中，保护即将赤裸的DNA，并在孵育液中加入消化细胞其它成分的酶，然后将分离出供体基因组与受体细菌共同孵育在含有PEG（聚乙烯乙二醇）的溶液中，促进DNA转移。M.mycoides基因组携带一个四环素抗性基因，便于研究人员日后利用抗生素筛选移植成功的细胞。

所鉴别出来的移植细胞的克隆后代，经过Southern blot分析被证实与供体细胞有遗传一致性。新形成的细菌带有M.mycoides特异的蛋白和细胞表面抗原。

“我们想确保DNA本身能够在细胞中复制，” Venter在一次电话采访中说。如果还需要附加蛋白，“对合成基因组领域将是一大障碍。需要花很长时间筛选出目的蛋白，将它们调到合适的浓度。”效率也是考虑因素之一。作者说一次实验能够得到几百个克隆。

Venter说将这种技术应用到高等生物上“还有很长的一段路要走。”即便是简单的细菌细胞，都含有特定的用于抵御入侵DNA的限制酶。“向一种特定的细菌添加DNA需要了解细菌的限制系统。没有普遍公式。”

研究人员无法解释移植后M.capricolum基因组为何消失。Venter推测细胞分裂后，供体和受体的基因组分到子细胞中，加入四环素后，无抗性的M.capricolum被剔除。然而，共同作者Hamilton Smith认为是供体的基因组有一种切开和破坏受体基因组的机制。

哈佛大学Pamela Silver（未参与实验），说：“这是朝全基因组工程迈出的重要一步。但最困难的是设计含有目的和有用特征的基因组。”

Venter目前正在接受加拿大ETC技术监督组织(The Action Group on Erosion，Technology and Concentration)的监督。ETC发现Venter对一种含有形成生命的最小基因组的合成细菌申请了专利，认为Venter违背了为一种生物申请专利的道德边界。链接麻省理工George Church（未参与研究）认为这种移植技术的应用还不明朗，Venter等的相关专利申请是生物燃料方面，但恐怕找不到一个人能够证明这种生物燃料研究是其它方法所不需要的。

Venter很乐观，他认为，带有最小基因组的合成生物与遗传修饰生物相比，在生物燃料及其它应用方面会更有效，因为遗传修饰细胞有多余的代谢途径，浪费能量。（生物通 小粥）

相关文章：C. Lartigue et al. "Genome transplantation in bacteria: Changing one species to another," Science, published online ahead of print June 28, 2007.