Science：重大突破！构建出有史以来生命所需最小基因组

生物谷编者注：为了避免生物学概念上混乱，生物谷小编先梳理一下相关概念。支原体是一种类似细菌但不具有细胞壁的原核微生物，能在无生命的人工培养基上生长繁殖，也是目前发现的最小的最简单的原核生物。它不属于狭义的细菌，即一类形状细短，结构简单，多以二分裂方式进行繁殖的原核生物。它是一类与细菌（狭义）、放线菌、蓝细菌、立克次氏体和衣原体处于统一级别的原核生物。广义的细菌即为原核生物，即“三菌三体”6种类型。本文提及的细菌指的是广义的细菌。

在一项新的研究中，来自美国国家标准与技术研究院、克雷格-文特尔研究所（J. Craig Venter Institute）、加州大学圣地亚哥分校和合成基因组公司（Synthetic Genomics）的研究人员删除一种细菌将近一半的基因，构建出一种仍然能够发挥功能的简装版（stripped-down version）基因组。这一成就有可能揭示出生命工作机制的秘密。它可能也有助于科学家们定制构建新的细菌用于制造药物和其他有价值的物质。相关研究结果发表在2016年3月25日的Science期刊上，论文标题为“Design and synthesis of a minimal bacterial genome”。

这种新构建的细菌比任何自然条件下自由生活的同类细菌拥有更少的遗传密码，共53.1万个碱基对，含有473个基因。相比较之下，人类含有30亿多个碱基对，含有2万多个基因。

但是即便这种简装版细菌也是充满神秘。研究人员说，他们一点都不知道它的三分之一基因（将近160个基因）到底起着什么作用。

论文通信作者、克雷格-文特尔研究所创始人J. Craig Venter说，“我们证实生命的确非常复杂，即便最为简单的有机体，也是如此。这一发现是非常震撼人心的。”

论文第一作者Clyde Hutchison III在采访中说，其中的一些神秘基因可能是发现生命未知基本过程的线索。

这种简装版DNA密码，或者说基因组，包含在一种全新构建出的被称作JCVI-syn3.0的细菌中。这种基因组还不是构成生命所必需的数量最少的一组基因。一方面，如果研究人员从不同的细菌中删除DNA序列，他们很可能最终发现另一组基因[也能维持生命]。另一方面，一种有机体所需的最小基因组依赖于它生活的环境。

这种新的简装版基因组也含有很可能并不是生命绝对必需的基因，这是因为这些基因虽然并不是绝对必需的，却能有助这种细菌群体足够快的生长从而使得实验室研究得以进行。

Hutchison说，这种基因组是他们能够获得的最小基因组，拥有这种最小基因组的有机体是大有用处的。

他说，这项研究的一个目标是理解活细胞中每个基因的作用是什么，从而有助人们深入理解细胞的工作机制。他说，利用这种新构建出的细菌，他们将能更接近这一目标。

论文共同作者、合成基因组公司研究员Daniel Gibson说，使用这种最小基因组的细菌的另一个目标就是以此作为基础，加入新的基因让这些有机体制造药物、燃料和可用于营养和农业等领域的其他物质。

在这项研究中，研究人员以被称作丝状支原体（Mycoplasma mycoides）的人工合成细菌JCVI-syn1.0开展研究，其中这种细菌通常在绵羊体内生存。JCVI - syn1.0基因组大小为107.9万个碱基对，含有大约900个基因。他们鉴定出428个非必需的基因，并将它们删除，从而构建这种简装版基因组，并证实它完全足够让一种细菌存活。

未参与这项研究的科学家们也觉得这项研究了不起。德国哥廷根大学科学家Jorg Stulke说，“我发现这篇论文确实是突破性的。”他当前正在另一种不同的细菌中开展类似的研究。在电子邮件中，他说，这些研究人员似乎非常接近获得丝状支原体所需的最小基因组。

美国耶鲁大学科学家Ferren Isaacs将这项研究称为“一项令人印象深刻的精心杰作”，它可能是“鉴定出一系列最小基因组”的开始。

原始出处：

Hutchison CA 3rd, Chuang RY, Noskov VN, Assad-Garcia N, Deerinck TJ, Ellisman MH, Gill J, Kannan K, Karas BJ, Ma L, Pelletier JF, Qi ZQ, Richter RA, Strychalski EA, Sun L, Suzuki Y, Tsvetanova B, Wise KS, Smith HO, Glass JI, Merryman C, Gibson DG, Venter JC. Design and synthesis of a minimal bacterial genome. Science. 2016 Mar 25;351(6280):aad6253.