科学家彻底改写细菌基因组
重新设计细菌微生物基因组具有深远意义。美国哈佛医学院带领的一个研究团队在19日《Science》杂志上发表论文称，他们成功改变了大肠杆菌细胞内3.8%的碱基对，使之具有不同的功能。
合成生物学家日前报告了迄今为止意义最为深远的一项细菌基因组重写结果。这一进展包括重新利用了大肠杆菌3.8%的碱基对。
研究人员在8月18日出版的美国《科学》杂志上发表了这一研究成果。
研究人员换下了大肠杆菌64个遗传密码子（为氨基酸指定遗传代码的序列）中的7个。他们如今能够通过在55个片段（每一个片段的长度为5万个碱基对）中合成脱氧核糖核酸（DNA）从而减少遗传密码子的数量。研究人员还将这些碎片组装到一个有功能的大肠杆菌中。
除此之外，由美国马萨诸塞州波士顿市哈佛医学院科学家率领的研究团队表示，这项研究是推动设计具有新属性的生物体的重要一步，例如抵抗病毒的传染性。
包括该医学院George&Church在内的合成生物学家说，这项工作同时也被视为“人类基因组项目――书写”的原型――科学家打算利用该项目人工合成一个人类基因组。
Church表示：“这项研究是一个示范，表明此类彻底的再造工程是可行的。”
并未参与该项研究但之前曾与Church合作进行重编码工作的康涅狄格州纽黑文市耶鲁大学合成生物学家Farren&Isaacs表示：“将遗传密码子从64个减少至57个戏剧性地违背了自然界中已有的规律。”他说：“这是向前迈出的重要一步，证明了遗传密码的延展性，以及全新类型的生物功能和属性如何通过重新编码的基因组从生物体中被提取出来。”
Church的研究团队和其他科学家之前发现，在大肠杆菌中重新编码单个氨基酸是可行的，从而可以使这种细菌包含在自然界中不存在的氨基酸。这样形成的重编程生物体对病毒性感染具有高度抵抗力，这是因为它们不再含有病毒生存所需的所有自然生物体共有的遗传机制。它们的制造同时还可以完全依赖于其食物中的合成氨基酸，从而减少了对重新编码的细菌能够逃出实验室并在野外肆虐的担心。
在这项最新研究中使用的再编码技术是一个艰苦的过程，并且这仅仅在几年之前还是不可能的。在过去10年中，遗传工程以及人工合成DNA研究的迅猛发展使得更多雄心勃勃的遗传工程项目成为可能。
曾在Church实验室参与该项研究、如今在西雅图市华盛顿大学任职的合成生物学家Marc&Lajoie表示：“这个项目具有前所未有的规模，这是有史以来完成的最大的完全人工合成的基因组，并且是迄今为止被引入一个基因组的最具功能性的变化。”
由加利福尼亚州拉荷亚市J.&Craig&Venter研究所的基因组企业家Craig&Venter率领的研究团队在今年3月曾宣布，他们已经基于一个细菌基因组创建出了一个人工合成的基因组，同时去除了所有不必要的基因。但是这一生物体的基因组却比大肠杆菌小了一个数量级。
Church和他的研究团队如今正在尝试将他们的重编码大肠杆菌的DNA片段缝合到一个连续的基因组中。随后研究人员会测试这个再造的生物体是否具有生命。Church表示他并不清楚这项研究要花多长时间；他的实验室成员估计其时间可能为4个月到4年。
Isaacs表示：“这将需要巨大的努力，但它看起来是能够实现的。”（赵熙熙）
&&&&据科学美国人网站报道，研究人员用能产生相同蛋白质的同义密码子（组成各种氨基酸的三联核苷酸序列）替代了原来大肠杆菌64个遗传密码子中的7个，合成了55个基因片段（每段由5万个碱基对组成），重新编码了大肠杆菌的基因组。经测试证明，大肠杆菌基本基因91%的功能被保留，并具有一定的适应性。但还未能将这些片段组成一个正常运作的大肠杆菌。带领该研究的哈佛医学院合成生物学家乔治?丘奇说：“这证明了从根本上重新设计细菌是可行的。”
&&&&以往研究表明，对大肠杆菌中的单个氨基酸重新编码是可行的，因此能给他们加入一些自然界没有的氨基酸，使其拥有更强的抗病毒能力；还可以让他们只能用合成氨基酸来培养，逸出实验室就无法生存。
&&&&研究人员指出，这一成果向设计新的生物属性迈出了重要一步，同时也可看作是人类基因组编写计划的雏形。该计划旨在合成完整的人类基因组。
&&&&耶鲁大学纽海文分校合成生物学家法伦?艾萨克说：“将密码子从64个减少到57个，与自然界的大肠杆菌已有了很大不同，这证明通过重编基因组，从生物中提取出全新的功能和属性是可行的。”他并未参与这项计划。
&&&&丘奇实验室研究人员马克?拉乔伊说：“这项研究的规模前所未有。这是迄今造出的最大合成基因组，也是功能上改变最大的。”
&&&&目前，研究团队正努力把他们重新编码的大肠杆菌片段拼起来，成为一套连续的基因组，然后测试这个重新构建的生物能否有生命。丘奇说，这要花多长时间还不清楚，但据实验室成员估计，可能要4个月到4年时间。
&&&&总编辑圈点
&&&&生物学家有时也是生命设计师。他们为减少病毒传播重新设计了蚊子，现在又重新设计了大肠杆菌。而设计细菌的意义毫不逊色于前者，因为光我们肠道内寄生的细菌就数以万亿计，他们与人类健康息息相关。话说回来，生命如此神圣，设计生命哪能任性。对于造福人类的设计，应支持设计师们早点动手，而像设计婴儿这样有争议性的方案，咱们不妨考虑清楚再做决定。(责任编辑：泉水)
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近日，中国科技大学先进技术研究院与合肥赛为智慧医疗有限公司签订共建国内首个肠道微...2016年上半年基因大盘点
　微信号：30e基因
　　30e基因在此隆重之日，总结了2016年上半年关于基因发展的大事记，关爱健康从基因开始。
　　一、&研究进展篇
　　1、最大型的基因测序揭示健康老人秘密。对数百名健康老人的基因组进行了研究的科学家说，这些老年人的一个秘密可能是通过基因保护防治心智功能的丧失。科学家的这项工作室迄今为止对长寿无病人群进行的最大规模的基因测序研究。
　　2、复旦找到抑制癌变的基因活性“开关”，肺癌、乳腺癌等癌症治疗有了新的思路，新药预计5年后将上市，新药能够控制蛋白质RACK7和去甲基化酶KDM5C，抑制此类增强子的活性，使基因表达保持在正常范围内，从而达到抑制癌变的效果。
　　3、液体活检助力精准检测非小细胞肺癌的致病基因，哈佛医学院的研究小组证实，一种简单液体活检技术作为临床工具识别特定病人的可能性。通过这种技术可以精准的探测到导致非小细胞肺癌的两种关键基因致病突变。
　　二、研究成果篇
　　1、人类DNA包含远古病毒基：科学家证实，人体内的基因并不都是人类的基因，科学家在人类的基因组中发现了19种不属于人类的基因，这些基因是病毒在数十万年前感染我们祖先时留在了人类的体内。
　　2、人类基因组组装新方法：美国杨百翰大学开发出了一种新的人类基因组组装方法。研究人员发现，人体内的每个细胞中都有各自基因组的2个拷贝，每个拷贝都来自亲本一方。两个拷贝有时会有一段序列被反转，称为倒位。倒位与糖尿病、精神分裂症和自闭症等疾病有关系。研究人员认为表示，新的基因组组装方法可以显著提高倒位的检测效率。
　　3、首个大规模“蛋白质基因组学”：一个由多个研究机构共同完成的“蛋白质基因组学”研究，将一些DNA突变与蛋白质信号联系到一起，并帮助确定了一些驱动癌症的基因。这项研究提供了TCGA计划中已确定基因组学特征的77个乳腺癌肿瘤蛋白质组与磷酸化蛋白质组景观的广泛信息。
　　4、最小基因组：Craig
Venter博士等人设计并合成了一个最小的细菌基因组，这是2016年上半年最受关注的研究成果。该基因组只含有维持生命所需的基因，组成它的基因只有473个——是至今为止自然界中存在的最小胞的基因组。
　　三、政策篇
　　1、美国副总统拜登在今年的美国癌症研究协会上（AACR2016）力挺数据共享，呼吁社会各界鼓励美国癌症研究事业改革，并表示他表示会尽全力推动美国癌症防治事业的创新。
　　2、发改委揭晓27家基因检测应用示范中心。今日，国家发改委正式批复建设全国27个基因检测技术有应用示范中心，从国家战略上推动我们基因产业规范化及飞跃式发展。
　　3、中国首部二代基因测序技术临床应用识别出台。中国临床肿瘤医学会发布的中国首部《肿瘤驱动基因分析联盟（CAGA）二代测序技术临床应用共识》，帮助指导基因检测技术规范合理应用，给我国患者带来更切实的治疗。
　　4、发改委提出加快培育基因检测战略性新兴产业。日。国家发改委基因检测技术应用示范中心建设项目正式启动，鼓励加快基因检测产业的快速发展
　　四、上半年行业大事件
　　1、美国政府开始瞄准私人基因库。美国两家著名的基因分析公司23andMe与Ancestry在过去两年不断地壮大其私人基因库数据，并收到了来自于美国政府相关部门的基因数据提取要求足。
　　2、第三节中国个体化诊疗与转化医学高峰论坛在上海落幕。该峰会是由上交会组织委员会主板，上海市遗传协会、上海市医师协会、上海市医学会协办的。
　　3、第22届全国肿瘤防治宣传周在北京启动。我国众多肿瘤防治专家齐聚北京，重新调整医疗模式，并规范化恶心肿瘤的诊治，提高患者生存率，解决肿瘤患者的心理焦虑问题。
　　基因检测技术的发展，促进了人类健康的发展，30e基因检测顺应科技发展与民生需求，投入大量资金建设了安徽芯超检验所，为基因检测提供强有力的技术保障。在30e基因，您可以让自己更健康。
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以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。近日由英国公共卫生部PHE（Public Health England）, 太平洋生命科学公司PacBio (Pacific Biosciences) 及维尔康姆基金会桑格研究所Sanger(the Wellcome Trust Sanger Institute) 三方合作的NCTC 3000项目公开了新项目进展，已上线了925个注释的细菌基因组，NCTC 3000项目为“Public Health England reference collections”项目工程的一个主要部分，计划通过PacBio SMRT测序技术完成英国公共卫生部国家标准菌库NCTC的3,000 株菌株的基因组测序。英国公共卫生部国家标准菌库NCTC是世界上最大的菌库之一，作为生物资源中心，为生物基础及临床研究提供已知种源地的菌株。然而，NCTC的大多数菌株目前都没有参考基因组，这严重制约了NCTC菌株在研究中的参考应用。而PacBio SMRT测序技术不仅可以得到长读长以及高准确率的序列，简化了细菌完成图的组装，而且，在测序中直接识别碱基修饰，在原始数据中获得细菌表观遗传的数据。这些优势让NCTC与PacBio达成NCTC 3000这项合作项目。在NCTC3000项目中，PHE负责提供3,000株菌株，PacBio负责菌株的测序工作，最后由Sanger组装注释这些菌株。目前925个细菌基因组已测序组装注释，需要的研究人员可以访问：http://www.sanger.ac.uk/resources/downloads/bacteria/nctc/。&组学君语：未来组作为国内首家第三代测序服务的公司，致力于提供三代PacBio测序组装技术服务，目前未来组已将NCTC3000项目中925个PacBio组装注释的细菌基因组数据更新到我们的基础数据库，为广大科研工作者提供更完善的微生物基因注释数据。NCTC3000项目，惠及了微生物基础领域及临床各方面研究，作为中国国家科技基础条件平台之一的国家微生物资源平台NIMR，其核心机构涵盖农业微生物、医学细菌、药学微生物、工业微生物、兽医微生物、普通微生物、林业微生物、海洋微生物等菌种的保藏和管理，NIMR是否也会启动类似NCTC项目，让我们一起期待吧！&关于武汉未来组武汉未来组生物科技有限公司（Nextomics Biosciences）成立于日，总部位于武汉光谷生物城，目前在北京生命科学园和美国洛杉矶设立有分支机构，是中国首家第三代测序服务公司。武汉未来组通过三代测序生物信息学工具和流程的开发，解决了复杂基因组组装、微生物完成图组装、全长转录组分析、人类基因组变异检测等领域的技术瓶颈，推动了基因组学研究的升级换代，目前已经完成数百个三代测序科研项目，发表了多篇三代测序的科学文献。因为专注于三代测序技术开发和应用推广，武汉未来组已经成为中国三代测序技术应用的领导者。&Nextomics(gh_ef83defd2d1d)　
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生物通报道：来自北京大学人民医院，北京基因组研究所等处的研究人员利用焦磷酸测序方法，报道了一种之前被认为是超级细菌：耐甲氧西林金黄色葡萄球菌（MRSA）的金黄色葡萄球菌的全基因组序列信息，从而揭示出这种细菌并不是MRSA，而是一株新甲氧西林敏感性金黄色葡萄球菌。这一研究成果公布在《中国科学：生命科学》上。
金黄色葡萄球菌(Staphylococcus aureus, S. aureus)作为一种常见的病原菌经常会导致严重感染的发生, 这些感染包括坏死性肺炎、脓毒血症等。近年来, 耐甲氧西林金黄色葡萄球菌及耐万古霉素、 耐利奈唑烷抗药性菌株的出现限制了人们对抗生素的选择。因此, 迫切需要对金黄色葡萄球菌耐药性分子机制进行更深入的研究。
金黄色葡萄球菌的一个主要特点在于其可以获得抗生素抗性。迄今为止, 金黄色葡萄球菌盒式染色体(SCC)结构是目前所知的唯一 mecA 基因的转运载体, 该基因编码了葡萄球菌菌属对甲氧西林的药物抗药性。研究证实, SCCmec 结构的水平转移导致了细菌耐药性的获得。
很长一段时间, 人们一直将SCCmec 作为一个整体来看待，然而, 越来越多的研究发现, 在甲氧西林敏感性菌株(MSSA)中依然可以检测到 SCC 组分的存在, 暗示 SCC 结构组成中耐药基因组分在菌株中丢失的可能, 继而使得耐甲氧西林金黄色葡萄球菌菌株(MRSA)转变为甲氧西林敏感性菌株(MSSA)。
高通量全基因组测序的方法, 尤其是新一代测序平台为研究细菌耐药性分子机制提供了一个全新的方法。已有研究通过对一株 MSSA菌株MSSA476测序发现, 该菌株携带一个新的SCCmec样组分(命名为SCC476), 该组分所整合的基因组位置与 MRSA 菌株整合的位置相同, 但是包含了编码夫西地酸钠抗性蛋白的基因。这些研究结果为探究 MSSA 细菌中 SCCmec 样组分的分子基础提供了有益的信息。
在这篇文章中，研究人员首先提取了样品DNA，然后采用罗氏 454GSFLX 焦磷酸测序平台完成全基因组测序, 全基因组覆盖度达到 70×, 使用配套拼接软件Newbler完成序列拼接。之后利用3730测序技术完成全基因组组装与补洞, 完成全基因组图谱绘制。
研究人员使用 Glimmer3.02 软件进行可读框(open reading frames, ORFs)预测, 运用 BLASTP 将所有预测蛋白序列与 NCBI 非冗余蛋白数据库进行比对, E 值设为 1×10-5。并通过 Swissprot 数据库 版, E 值设定1×10-10、京都基因与基因组百科全书数据库(Kyoto Encyclopedia of Genes and Genomes, KEGG)(Release 50, E 值设定 1×10-10)、 直系同源基因簇数据库(Clusters of Orthologous Groups, COG)(E 值设定 1×10-10)、Interpro 数据库(Interproscan 4.3, Release16.0)和 Gene Ontology (GO)数据库(网络版附表 2)等对全基因组序列进行注释。
接下来，研究人员又通过软件Artemis Comparison Tool, 完成基因组间的比较分析，发现可读框(CZ049; AB037671)存在于 attL, attR 反向重复序列的临近下游。
这些结果提示, 在金黄色葡萄球菌与其他微生物之间可能存在一种水平基因转移, 并改变了金黄色葡萄球菌对药物的敏感性, 研究人员推测attL, attR反向重复序列可能作为外源性基因的插入部位而存在。
（生物通：张迪）
原文检索：
李德志, 楚亚男, 任鲁风, 等. 类 SCC 样甲氧西林敏感性金黄色葡萄球菌的基因组学分析. 中国科学: 生命科学, 7C253, doi: 10.1360/scls-.R4 英文版见: Li D Z, Chu Y N, Ren L F, et al. Complete genome sequence of methicillin-sensitive Staphylococcus aureus containing a heterogeneic staphylococcal cassette chromosome element. Sci China Life Sci, 8C274, doi: 10.-013-4453-9
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