J. Craig Venter和同事最先合成的一些衣原體細(xì)菌。圖片來源：THOMAS?DEERINCK, NCMIR/SCIENCE PHOTO LIBRARY

5年前，研究人員高調(diào)宣布，他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種精簡(jiǎn)的微生物細(xì)胞。和其他任何已知的有機(jī)體相比，這種細(xì)胞能以更少的基因生存，但這個(gè)“最小細(xì)胞”往往分裂異?！，F(xiàn)在，通過放回7個(gè)基因，一個(gè)團(tuán)隊(duì)修正了這些細(xì)胞，使它們像自然細(xì)胞一樣生長(zhǎng)。3月29日，相關(guān)成果發(fā)表于《細(xì)胞》。

美國(guó)明尼蘇達(dá)大學(xué)的合成生物學(xué)家Kate Adamala說，這一發(fā)現(xiàn)能讓科學(xué)家更加了解正常細(xì)胞的哪些功能至關(guān)重要，以及許多神秘的基因在做什么。“這是向前邁出的重要一步，或許可以幫助識(shí)別未知基因的功能?！?/p>

確定基本基因也有利于合成生物學(xué)家。密歇根大學(xué)安娜堡分校微生物學(xué)家Anthony Vecchiarelli表示，“我們需要知道，重建生命所需最小部件的清單是什么。”此外，“最小細(xì)胞”還可以通過闡明哪些能力對(duì)原始細(xì)胞至關(guān)重要，從而幫助人們深入了解生命的起源。

基因組測(cè)序先驅(qū)J. Craig Venter和同事創(chuàng)造了第一個(gè)“最小細(xì)胞”。他們從支原體微生物開始研究，這是一種非常微小的寄生蟲---- 擁有525個(gè)基因（大腸桿菌大約有4000個(gè)基因）。2010年，研究小組報(bào)告說，用一個(gè)901基因的合成基因組替換一種支原體的985基因組，能使這個(gè)被稱為syn1.0的細(xì)胞發(fā)出咕嚕聲。之后，科學(xué)家繼續(xù)從syn1.0的基因組中去除DNA片段，并在2016年公布了一個(gè)更加精簡(jiǎn)的版本syn3.0，它可以通過473個(gè)基因進(jìn)行代謝和繁殖。

但這個(gè)細(xì)胞也有一個(gè)怪癖：它的許多后代都是畸形的。為檢查實(shí)驗(yàn)室條件是否會(huì)對(duì)脆弱的合成細(xì)胞造成壓力，美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究所合成生物學(xué)家Elizabeth Strychalski領(lǐng)導(dǎo)的研究小組將細(xì)胞置于微流體芯片中，一方面保護(hù)細(xì)胞免受營(yíng)養(yǎng)介質(zhì)中電流的傷害，一方面讓研究人員看到細(xì)胞分裂的過程。

然而，這種溫和的治療并沒有什么作用?！爱?dāng)我們觀察單個(gè)細(xì)胞時(shí)，發(fā)現(xiàn)這是一場(chǎng)大混亂。”Strychalski說。這些細(xì)胞本來應(yīng)該是小球體，但有些卻像龐然大物，周長(zhǎng)約為正常細(xì)胞的25倍。其他的看起來像是線或是珍珠串。研究人員總結(jié)說，粗暴處理并不是問題所在，相反，問題源于幫助控制繁殖和細(xì)胞形狀的基因被移除。

目前還不清楚究竟是哪些基因缺失造成了這種情況，但實(shí)驗(yàn)室的冰箱里有一條線索。為創(chuàng)建syn3.0，Venter和同事生成了許多缺乏syn1.0部分基因組的其他細(xì)胞株。當(dāng)Strychalski和她的團(tuán)隊(duì)解凍其中一個(gè)丟失了76個(gè)syn1.0基因的菌株時(shí)，它也產(chǎn)生了形狀異常的后代?！八鼛椭覀儼鸦驈?00個(gè)縮小到76個(gè)。”論文作者之一、麻省理工學(xué)院生物物理學(xué)家James Pelletier說。

通過添加基因組合來確定最終產(chǎn)生的細(xì)胞是否正常分裂，研究人員將所需數(shù)量減少到19個(gè)，然后進(jìn)一步減少?，F(xiàn)在，他們報(bào)告說，只要在syn3.0中加入7個(gè)基因，就可以恢復(fù)正常分裂。

人們已經(jīng)知道其中兩個(gè)基因在細(xì)胞分裂中發(fā)揮作用，但其他5個(gè)基因的參與令人意外——它們?cè)谖⑸锓至阎械淖饔萌匀晃粗?/p>

“修正后的‘最小細(xì)胞’可以幫助闡明這一仍然神秘的過程。”Strychalski說，“我們?nèi)匀徊恢肋@些東西分裂的機(jī)制。這讓我大吃一驚?！?/p>

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.cell.2021.03.008



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