科学家创造出第一个计算机生成的基因组 未来有望出现定制合成生命形式

导读：苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科学家创造了第一个完全由计算机生成的生物体基因组。

苏黎世联邦理工学院（ETH Zurich）的科学家创造了第一个完全由计算机生成的生物体基因组。这种名为Caulobacter ethensis-2.0的全新基因组是通过基本上清理和简化一种叫做Caulobacter crescentus的细菌的天然代码而建立的。目前，它作为一个大的DNA分子存在，而不是生物体本身，但该团队表示，这是创造完全合成的生命和药用DNA分子的重要一步。

十多年前，由遗传学家Craig Venter领导的团队创造了第一个“合成”细菌，它基本上是Mycoplasma mycoides基因组的数字拷贝。然后将其植入受体细胞中，发现它是真实生物的可行形式，甚至可以“自我复制”。

这项新研究以先前的工作为基础，向完全合成生活迈进了一步。如果早期的创作是真实有机体的数字“重制版”，那么新项目就是一个“混录版” - 团队采用了与原作相配合的东西，并对它进行了微调，以提高效率。

研究人员从C. crescentus基因组开始，该基因组天然含有4,000个基因。像大多数生物一样，这些基因中的大多数都是“垃圾DNA”，科学家们之前发现，其中只有大约680个是生命所必需的。已发现“最小基因组”足以在实验室中保持细菌存活。

从C. crescentus的最小基因组开始，该团队通过去除冗余来进一步削减它。在许多情况下，氨基酸可以组合成几种不同的组合以达到相同的效果，因此团队开发了一种算法来计算出理想的DNA序列。最后，研究人员替换了最小基因组中80万个DNA字母的六分之一。

“通过我们的算法，我们将基因组完全重写为一个新的DNA字母序列，不再像原始序列那样，”该研究的共同主要作者Beat Christen说道。“然而，蛋白质水平的生物学功能保持不变。”

为了测试这些基因组是否仍能正常运作，研究人员随后设计了具有天然Caulobacter基因组和人工细胞的细菌。他们关闭了一些自然基因并检查了人工基因是否介入做同样的工作。他们的成功率相当不错，680个人工基因中约有580个具有功能性。

“凭借我们所获得的知识，我们可以改进我们的算法并开发一个功能齐全的基因组3.0版本，”Christen说道。“我们相信，很快就有可能生产出具有这种基因组的功能性细菌细胞。”

该研究发表在《PNAS》期刊上。