基因編輯技術大突破 劍橋科學家製成全人工重組DNA生物

2019年05月17日 03:00
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Syn61在培養皿內繁殖。(互聯網)

基因編輯技術出現重大突破!國際知名學術期刊《自然》周三(15日)刊登劍橋大學研究團隊的基因研究論文,透露團隊創造出全球第一種基因完全由人工重組的生物。

這種生物被叫作「Syn61」,它其實是一株大腸桿菌菌株,但其特別之處在於其基因組(genome)經人工重新編寫。這株菌株的基因組由劍橋大學分子生物學實驗室研究人員經過兩年研究,在實驗室中編寫出來,共擁有400萬對由「A、T、C、G」四組鹼基(base)組成的鹼基對,若印在A4紙上多達970頁,也創下了最龐大的人工編寫基因組紀錄。領導該項研究的合成生物學專家賈森‧秦(Jason Chin)表示,團隊進行實驗時,還未知道能否造出這樣龐大和改動得這樣多的基因組。

組成生物基因的「去氧核醣核酸」(DNA)是一串由四個固定鹼基「A、T、C、G」排列組合而成的巨大分子,每3個鹼基會排列出一組譯碼(codon),例如ATC、CGA等等,總共有個64組合,這些組合排列起來若出現有功能、有作用的片段,就是基因(gene),而一套完整包含生物所有遺傳信息的基因就是基因組。

幾乎所有的生物都使用了這64組譯碼,但它們當中有些功能重複,其中61組譯碼用作產生20種天然氨基酸,氨基酸串在一起就可組成自然界中每種蛋白質;而剩下3組的譯碼就像「句號」的作用,通知細胞蛋白質建構完成。

研究團隊不僅重編了Syn61的基因組,還只用了59組譯碼就合成出20種必需氨基酸,並將代表「句號」的譯碼從3個減為2個,剩下的譯碼或可以用作在活細胞內合成非天然的蛋白質。基因組中經團隊重新編碼替換的譯碼共有約1.8萬對。

至於重組基因編碼對未來基因工程研究帶來什麼貢獻,賈森‧秦指出,大腸桿菌被使用在癌症、多發性硬化症、心臟病和糖尿病等藥劑的生產過程,可是一旦遭病毒入侵,整個生產過程都會被毀;然而病毒很難在重新編碼的DNA內傳播,故此可令大腸桿菌病毒具有抗病毒性。

另外,釋放出的多餘編碼有不少潛在用途,例如在細胞或生物內部合成新的多肽或蛋白質,也或可在為工業應用中,構建更多不同類型的蛋白質。