脫氧核糖核酸(DNA)測序技術的從開改進正使得讀取基因組變得更加快捷和廉價。然而在微生物和其他有機體中改良基因,發新卻依然需要漫長及艱辛的療藥努力。如今,生產生物研究人員報告說,海量他們找到了一種新的燃料方法,能夠同時修改幾十億個微生物的從開基因組,并且使其中的發新一些微生物出現最使人感興趣的變化。由于這項技術很有可能對大多數的療藥基因組產生作用,因此它將加快對微生物的生產生物改造,其范圍從開發新的海量治療藥物到生產海量的生物燃料。
改良有機體的燃料遺傳物質已經成為現代生物工程學的重要組成部分。科學家通過引入新基因和基因組,從開進而使有機體產生新的發新蛋白質,抑或改變現有基因,療藥從而改進它們在細胞中的活性。一旦新的基因被引入同時被細胞復制,則拷貝將被暴露在誘變劑下,后者能夠在前者的DNA中導致隨機變化,而其中的一些變化是有益的。但是在許多情況下,科學家更希望能夠指示這些突變發生在基因組的特定區域,同時在若干個位點發生變化。
為了實現這一目標,由美國哈佛大學的合成生物學家George Church領導的一個研究小組研制出了一種高速新技術,名為瞄準突變的復合自動化基因組工程。研究人員首先在大腸桿菌中引入了3種基因,從而使得這種細菌能夠形成一種抗氧化劑——番茄紅素。隨后,研究人員對他們懷疑可能產生了變化,從而改善了微生物的番茄紅素產出能力的大腸桿菌基因組中的24個區域進行了鑒別。研究人員合成了單鏈DNA,即oligo的片段,每個片段都攜帶了單一的突變。他們分別使每一個oligo附著在24個靶點區域上。最終,研究小組將目標細胞置入一個強電場之中。此舉暫時在細胞膜上形成了空洞,從而使oligo能夠在細胞內散播,并滑入細菌的DNA。
研究人員日前在《自然》雜志網絡版上報告了這一研究成果,他們在24個位點上制造了約142億個不同的突變。與原始的微生物相比,這種做法使得大腸桿菌產出的番茄紅素是前者的5倍之多。最后,研究人員測定了番茄紅素最佳產出細菌的基因組,從而找出了提高產量的確切突變。
美國加利福尼亞大學洛杉磯分校的生物工程學家James Liao指出:“這一概念非常完美。”他說,由于這項技術的高速以及靶點的進化,他希望能在自己的實驗室中使用這項技術,從而找到能夠更有效地產出生物燃料的微生物。但是Liao認為新技術的用處還不止于此。他說:“這是一種普適的方法。它將在使用者那里得到應用。”
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