科學家以及開始進行計算機設計,化學方法生產人造DNA

2020-12-01 孜然實驗室

合成生物學：生命系統的數字設計。圖片：蘇黎世聯邦理工學院/Agnieszka Wormus

生命的分子藍圖存儲在基因組內的DNA中。由DNA測序驅動的生物學數字革命使科學家能夠讀取人類及許多微生物和多細胞生物的基因組。如今，超過20萬個微生物基因組的DNA序列已存儲在數字基因組資料庫中，並成倍增加了對DNA如何編程生物系統的理解。利用這種令人難以置信的分子構建寶庫，生物工程師學會了如何對長DNA分子進行測序和合成，並在計算機的幫助下繁殖出有用的微生物。

瑞士蘇黎世聯邦理工學院實驗系統生物學教授彼特·克裡斯汀（Beat Christen）以及克裡斯汀實驗室的研究人員在研究中將數字基因組設計算法與大規模化學DNA合成結合使用，以物理方式產生人工基因組並了解在分子水平上的生命編碼。該實驗室還使用系統和合成生物學方法來定義跨物種的必需基因，這些基因是構建微生物基因組的遺傳部分，可用於可持續化學、醫學和農業。

對DNA進行計算機設計和化學生產

該研究小組已經實際生產了世界上第一個完全由計算機生成的基因組，即Caulobacter ethensis-2.0。研究人員以天然淡水細菌為起點，計算出理想的DNA序列，用化學方法生產和構建僅由基本功能組成的最小化基因組。在設計過程中，人工基因組中的80萬個DNA編碼中有超過六分之一被替換，整個基因組被製成一個大的環狀DNA分子。儘管尚不存在活細胞，但已經在整個基因組設計中測試了基因功能。在這些實驗中，研究人員發現680個人工基因中的大約580個具有功能，證明了產生設計基因組方法的希望。

彼特·克裡斯汀和馬蒂亞斯·克裡斯汀（Matthias Christen）博士。圖片：蘇黎世聯邦理工學院/Agnieszka Wormus

在AAAS 2020會議「合成生物學：生命系統的數字設計」（2020年2月14日）中，克裡斯汀將討論合成基因組在工業上的應用以及對健康的益處的未來應用。他還將討論在社會上需要就使用該技術的挑戰和目的進行深入討論的必要性，同時還要探討如何防止濫用的可能性。

克裡斯汀教授將與華盛頓大學的戴維·貝克（David Baker）教授一起討論蛋白質設計者，蘇格蘭愛丁堡愛丁堡大學的喬伊斯·泰特（Joyce Tait）將就風險監管，不確定性和道德進行演講。

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