“基因組簡化細胞”也能突變增殖
人造細菌進化能力超越自然
張佳欣
據5日發(fā)表在《自然》雜志上的一項研究，美國印第安納大學和克雷格·文特爾研究所領導的一個團隊從支原體細菌中創(chuàng)造了一種最簡單細胞，它只包含493個基因，是已知所有自由生命體中最小的基因組。這些細胞能夠進化和生長，增殖變多，且能重新恢復在縮小基因組時失去的遺傳適應性。這項研究將幫助人們更好地理解如何成功地設計合成細胞，甚至開啟合成生命的時代。
生物體細胞中有一本生命之書——基因組。無論是擁有460萬個堿基對的大腸桿菌，還是擁有430億個堿基對（約是人類基因組長度的14倍）的澳大利亞肺魚，遺傳指令的數(shù)量決定了一個生物的特征和功能。
如果把一個很長的基因組精簡到最基本形式，會發(fā)生什么？事實證明，即便沒有完整的基因組，生命仍然會找到一種生存和繁衍的方式。
蕈狀支原體是可引起傳染性牛胸膜肺炎的一種細菌，這種細菌生存在奶牛和山羊等反芻動物的腸道。2016年，克雷格·文特爾研究所的科學家將蕈狀支原體的基因組從901個基因削減到493個基因，創(chuàng)造了一種新的合成菌株JCVI-syn3B。
研究人員觀察了這種“基因組簡化細胞”在實驗室環(huán)境中會有什么反應。一般的細胞能大量增殖，但只有精簡基因組的人造細胞會增殖嗎？會發(fā)生突變嗎？如果會的話，這些突變是促進了還是阻礙了簡化基因組細菌的生存能力？
蕈狀支原體JCVI-syn3B基因組精簡后剩下的每一個基因都是必不可少的，研究假設，這種菌株將無法突變，進化潛力受限。
但研究發(fā)現(xiàn)，即使只有最簡單的基因組，在實驗室中自由生長的300天里，蕈狀支原體也表現(xiàn)出了極高的突變率。當將其與未經300天生長的細胞，以及基因組未被篡改的蕈狀支原體，一起放在營養(yǎng)資源有限的試管中。對比起來看，使基因組簡化細胞具有生存優(yōu)勢的正是這300天。研究人員發(fā)現(xiàn)，這個時期幫助細菌恢復了最初在剝離基因組時導致下降的50%的適應能力。這些細胞的進化速度甚至比未被篡改的同類細胞快39%。
