哈佛醫(yī)學(xué)院著名遺傳學(xué)家George Church領(lǐng)導(dǎo)的研究小組在基因組編輯上獲得重大突破,，他們能夠從根本上改造基因組，從幾個(gè)核苷酸到幾Mb,。該研究成果發(fā)表在最近一期的《科學(xué)》（Science）雜志上,。
基因組的自由編輯一直是生物學(xué)家的夢想，然而,，大部分DNA編輯工具都很慢,、昂貴且難用。為了解決這個(gè)問題,，哈佛醫(yī)學(xué)院等機(jī)構(gòu)開發(fā)出快速且簡單的基因組規(guī)模編輯工具,，能夠利用“查找和替換”改寫活細(xì)胞的基因組。
TAG終止密碼子是大腸桿菌基因組中最稀有的,，只有314個(gè),，這也讓它成為替換的首要目標(biāo)。研究人員利用多重自動(dòng)基因組改造（multiplex automated genome engineering，簡稱MAGE）這種方法,，用同義的TAA密碼子來位點(diǎn)特異性地替換32種大腸桿菌菌株中的TAG終止密碼子,。研究小組2009年曾在Nature雜志上介紹過這種方法（Nature 460，894-898）,。這種方法讓他們能夠測定單個(gè)的重組頻率,，證實(shí)每次修飾的可行性，并鑒定出相關(guān)的表型,。
MAGE這種小規(guī)模的改造方法替換了部分但不是全部的TAG密碼子,。之后，利用細(xì)菌天然的接合能力,，研究人員誘導(dǎo)細(xì)胞以更大規(guī)模轉(zhuǎn)移包含TAA密碼子的基因,。這種新方法稱為接合組裝基因組改造（conjugative assembly genome engineering，簡稱CAGE）,。整個(gè)過程有點(diǎn)類似NBA的季后賽,，從16對到8對，再到4對,、2對和1對,，每一輪的獲勝者擁有更多的TAA密碼子和更少的TAG。
因急于分享他們的技術(shù),，研究小組在CAGE到達(dá)“半決賽”時(shí)就發(fā)表了他們的結(jié)果,。結(jié)果顯示最終的4個(gè)菌株很健康。研究人員確信他們能夠創(chuàng)建出一個(gè)TAG密碼子被全部去除的菌株,。
這項(xiàng)成果也可謂是合成生物學(xué)上的一大進(jìn)步,，讓人想起了一年前的合成基因組細(xì)胞。J. Craig Venter和George Church這兩位頂尖科學(xué)家都將合成生物學(xué)帶到了基因組水平,，但他們的方法卻截然不同。去年,，Venter博士所在公司花費(fèi)50萬美元,，合成了蕈狀支原體，而Church博士則注重現(xiàn)有基因組的改造,，從而避免了高額的測序費(fèi)用,。
Church博士在文中表示，與Venter博士的方法不同,，“我們的基因組改造技術(shù)將染色體看作可編輯,、可進(jìn)化的模板”。而Venter博士沒有對Church的這項(xiàng)新成果發(fā)表溢美之詞,，只認(rèn)為是“本領(lǐng)域的一個(gè)積極增加”,。(生物谷 Bioon.com)
生物谷推薦原文出處：
Science DOI： 10.1126/science.1205822
Precise Manipulation of Chromosomes in Vivo Enables Genome-Wide Codon Replacement
Isaacs, Farren J.; Carr, Peter A.; Wang, Harris H.; Lajoie, Marc J.; Sterling, Bram; Kraal, Laurens; Tolonen, Andrew C.; Gianoulis, Tara A.; Goodman, Daniel B.; Reppas, Nikos B.; Emig, Christopher J.; Bang, Duhee; Hwang, Samuel J.; Jewett, Michael C.; Jacobson, Joseph M.; Church, George M.
We present genome engineering technologies that are capable of fundamentally reengineering genomes from the nucleotide tothe megabase scale. We used multiplex automated genome engineering (MAGE) to site-specifically replace all 314 TAG stop codonswith synonymous TAA codons in parallel across 32 Escherichia coli strains. This approach allowed us to measure individual recombination frequencies, confirm viability for each modification,and identify associated phenotypes. We developed hierarchical conjugative assembly genome engineering (CAGE) to merge thesesets of codon modifications into genomes with 80 precise changes, which demonstrate that these synonymous codon substitutionscan be combined into higher-order strains without synthetic lethal effects. Our methods treat the chromosome as both an editableand an evolvable template, permitting the exploration of vast genetic landscapes.
