科學(xué)家成功用細(xì)菌作畫(huà) 有望通過(guò)開(kāi)合基因生成復(fù)雜分子
為了展示合成生物學(xué)的力量，研究人員將一種原始的彩色視覺(jué)設(shè)計(jì)到細(xì)菌當(dāng)中，并讓這些微生物畫(huà)出了它們“看到”的景象。
轉(zhuǎn)基因大腸桿菌能夠感知到紅色、綠色和藍(lán)色（RGB）的光線(xiàn)，并且它們通過(guò)產(chǎn)生與各種顏色相應(yīng)的色素加以響應(yīng)。將光線(xiàn)投射到裝有這些細(xì)菌的培養(yǎng)皿上會(huì)使它們生成有顏色的“照片”，盡管這些照片的曝光時(shí)間長(zhǎng)達(dá) 18 個(gè)小時(shí)。
主持這項(xiàng)研究的美國(guó)劍橋市麻省理工學(xué)院（MIT）的 Christopher Voigt 表示，對(duì) RGB 敏感的轉(zhuǎn)基因大腸桿菌構(gòu)成了一個(gè)玩具系統(tǒng)，而該系統(tǒng)可以作為一個(gè)更為復(fù)雜的生物學(xué)程序設(shè)計(jì)的墊腳石。Voigt 將這些實(shí)驗(yàn)得到的照片掛在了自己辦公室的墻上。科學(xué)家在出版的《自然—化學(xué)生物學(xué)》雜志上報(bào)告了這一研究成果。
早在 2005 年，由 Voigt 率領(lǐng)的一個(gè)研究團(tuán)隊(duì)便通過(guò)設(shè)計(jì)使大腸桿菌能夠?qū)饩€(xiàn)做出響應(yīng)并產(chǎn)生一種黑色素，從而生成黑白圖像。這項(xiàng)研究需要將 4 個(gè)基因插入大腸桿菌，其中包括一個(gè)編碼采自一種藍(lán)藻細(xì)菌的光敏蛋白的基因，以及一個(gè)編碼一種使特定化學(xué)物質(zhì)變黑的蛋白的基因。
RGB 系統(tǒng)使用了 18 個(gè)基因，其中包括編碼光敏蛋白的 3 個(gè)基因。馬薩諸塞州波士頓市哈佛醫(yī)學(xué)院系統(tǒng)生物學(xué)家 Pamela Silver 表示：“在復(fù)雜性方面，它超越了原有的黑白體系。”
Voigt 指出，更廣泛的目標(biāo)是要找到在細(xì)菌中利用不同顏色的閃光開(kāi)啟和關(guān)閉許多基因的方法。例如，研究人員可以通過(guò)使用光來(lái)阻止和啟動(dòng)反應(yīng)，從而使細(xì)菌產(chǎn)生符合要求的復(fù)雜分子。
Voigt 表示，在大尺度上用光刺激微生物而不是將其暴露于特定的化學(xué)物質(zhì)中可能會(huì)更加容易和廉價(jià)。他已經(jīng)為自己的光敏系統(tǒng)起了一個(gè)吸引人的名字——迪斯科細(xì)菌。
大腸桿菌在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，一直被當(dāng)作正常腸道菌群的組成部分，認(rèn)為是非致病菌。直到 20 世紀(jì)中葉，才認(rèn)識(shí)到一些特殊血清型的大腸桿菌對(duì)人和動(dòng)物原性，尤其對(duì)嬰兒和幼畜（禽），常引起嚴(yán)重腹瀉和敗血癥，它是一種普通的原核生物，根據(jù)不同的生物學(xué)特性將致病性大腸桿菌分為六類(lèi)。
合成生物學(xué)是生物科學(xué)在 21 世紀(jì)剛剛出現(xiàn)的一個(gè)分支學(xué)科，近年來(lái)合成生物物質(zhì)的研究進(jìn)展很快。與傳統(tǒng)生物學(xué)通過(guò)解剖生命體以研究其內(nèi)在構(gòu)造的辦法不同，合成生物學(xué)的研究方向*是相反的，它是從zui基本的要素開(kāi)始一步步建立零部件。與基因工程把一個(gè)物種的基因延續(xù)、改變并轉(zhuǎn)移至另一物種的做法不同，合成生物學(xué)的目的在于建立人工生物系統(tǒng)，讓它們像電路一樣運(yùn)行。2003 年，上將其定義為基于系統(tǒng)生物學(xué)的遺傳工程和工程方法的人工生物系統(tǒng)研究，從基因片段、DNA 分子、基因調(diào)控網(wǎng)絡(luò)與信號(hào)傳導(dǎo)路徑到細(xì)胞的人工設(shè)計(jì)與合成，類(lèi)似于現(xiàn)代集成型建筑工程，將工程學(xué)原理與方法應(yīng)用于遺傳工程與細(xì)胞工程等生物技術(shù)領(lǐng)域。合成生物學(xué)、計(jì)算生物學(xué)與化學(xué)生物學(xué)一同構(gòu)成系統(tǒng)生物技術(shù)的方法基礎(chǔ)。
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