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Science：宏基因組研究挑戰(zhàn)DNA編碼規(guī)則
2014-5-26 閱讀(263)
人們一直認為DNA編碼的指令是所有生命通用的，例外情況極少。但本期Science雜志上的一項新研究顯示，自然界中的生物又一次打破了既定的規(guī)則。
美國能源部聯(lián)合基因組研究所的Edward Rubin領(lǐng)導(dǎo)研究團隊，獲得來自1776種環(huán)境（包括17個人體區(qū)域）的微生物宏基因組數(shù)據(jù)，以便在其中尋找重編碼事件（對遺傳編碼的解讀不同于絕大多數(shù)生物）。
研究團隊專門就終止密碼子（命令蛋白合成停止的遺傳序列）的重編碼進行了分析，尋找那些將終止密碼子當(dāng)成“前進”信號，還繼續(xù)往蛋白上添加氨基酸的事件。他們發(fā)現(xiàn)，這樣的事件在環(huán)境樣本中大量存在。
這一發(fā)現(xiàn)對于合成生物學(xué)有著重要的啟示：人們可以利用重編碼讓合成生物抵抗病毒感染，或者阻止合成生物感染計劃以外的宿主。“這項研究向人們展示了遺傳密碼的可變性，”耶魯大學(xué)的生物工程師Farren Isaacs說。
從“停”到“行”
研究人員先用傳統(tǒng)的編碼規(guī)則預(yù)測1kb以上的DNA序列編碼什么樣的蛋白，如果預(yù)測的蛋白短得異常，他們就會考慮終止密碼子是不是實際被當(dāng)成氨基酸用了。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)重編碼現(xiàn)象廣泛存在，在來自某些環(huán)境的樣本中，甚至占到了序列的10%。
研究顯示，人體內(nèi)的微生物特別容易發(fā)生重編碼事件。盡管人體樣本只占總樣本數(shù)的10%，但有超過半數(shù)的重編碼密碼子來自于人體樣本。
Rubin介紹道，人們曾經(jīng)在自然界中發(fā)現(xiàn)過重編碼現(xiàn)象，但遠沒有達到這樣的水平。這是因為，絕大多數(shù)研究都是針對能夠在實驗室里培養(yǎng)的微生物。“當(dāng)我們將研究范圍擴大，既定的規(guī)則就土崩瓦解，”他說。（延伸閱讀：Science：本不應(yīng)出現(xiàn)的蛋白挑戰(zhàn)翻譯法則）
病毒需要劫持宿主的細胞機器來進行復(fù)制。如果病毒和宿主解讀遺傳密碼的方式不同，那它就很難進行感染。重編碼還可以幫助人們阻止人造細菌與天然細菌發(fā)生遺傳信息的交換，這一點有望對生物安全產(chǎn)生重大影響，Isaacs說。Isaacs花了六年時間，在大腸桿菌中利用重編碼將一個合成氨基酸整合到它的蛋白中。
然而Rubin的研究顯示，在某些環(huán)境中（例如人類口腔）盡管編碼并不兼容，細菌還是會被噬菌體感染。
遺傳學(xué)界的大牛George Church并不擔(dān)心這個問題，他正在哈佛大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)一項E. coli的重編碼項目。他認為，人工合成的重編碼生物跳過了進化過程，沒有經(jīng)歷持續(xù)性的進化選擇壓力。在編碼不兼容的情況下，它們不會那么容易受到天然病毒的攻擊。
ViaFect轉(zhuǎn)染試劑
“如果你趁病毒不注意的時候*改變宿主的基因組，”Church說，“對于病毒來說，就會有大量需要同時適應(yīng)的改變，這遠遠超過了病毒群體的適應(yīng)能力。”
