美國斯克里普斯研究所(The Scripps Research Institute)的科學家利用兩對天然鹼基(A 和 T,G 和 C)和一對人造鹼基(X 和 Y),成功合成出單細胞細菌。相關成果發表在《美國科學院院刊》(PNAS)上。

半合成細菌

這項研究由斯克里普斯研究所的 Floyd Romesberg 教授研究組完成。合成的細菌中除了 DNA 的四種鹼基,還含有一對合成鹼基 X 和 Y。

在之前的實驗中,細菌在分裂過程中會丟失這對合成鹼基,無法穩定遺傳,因而無法有效分裂。

在新的實驗中,斯克里普斯研究所的研究生 Yorke Zhang 和美國癌症協會博士後 Brian Lamb 修飾了細菌中的核苷酸轉運體(nucleotide transporter),使合成鹼基 X 和 Y 可以通過細胞膜,從而使細菌正常分裂,並保留 X 和 Y。

防止細菌驅逐合成鹼基

雖然將合成鹼基留在了細菌體內,但在 CRISPR-Cas9 的原理中,我們知道,面對病毒等外源入侵時,細菌會利用 CRISPR-Cas9 從基因組中切除外來片段,修復斷開位點。如果細菌再次入侵,CRISPR-Cas9 會再次發揮防禦作用。

然而,在這項研究中,研究者對 CRISPR-Cas9 系統進行了修飾,使它的角色發生了變化:對基因組進行「拼寫檢查」,防止細菌將合成鹼基 X 和 Y 當做入侵者。

單細胞細菌

創造生命,了解自身

長久以來,人們認為大自然才能創造生命。現在,科學家們在實驗室里成功構建出半合成的單細胞細菌,堪稱開創性成果。

Romesburg 說:「我們現在可以使細菌穩定增殖。這表明所有的生物過程都可以進行人為調控。」

研究也讓人類更解自身的生命過程。目前,離完全從頭合成生命還有很長的路要走,科學家們會繼續這項研究。他們希望了解合成鹼基在細菌體內如何轉錄成 RNA,這是下一步工作的基礎。

不過,Romesburg 強調,他們只研究單細胞生物,並沒有打算將半合成技術拓展到多細胞生物上。至少目前,合成的細菌還未得到應用。

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