人工合成基因組

人工合成基因組第一頁，共十頁，編輯于2023年，星期六Genometransplantationinbacteria:changingonespeciestoanother天然完整基因組種間轉(zhuǎn)移:Asasteptowardpropagationofsyntheticgenomes,wecompletelyreplacedthegenomeofabacterialcellwithonefromanotherspeciesbytransplantingawholegenomeasnakedDNA.IntactgenomicDNAfromMycoplasmamycoides（蕈狀支原體

）largecolony(LC),virtuallyfreeofprotein,wastransplantedintoMycoplasmacapricolum（山羊支原體）

cellsbypolyethyleneglycol(PEG)-mediatedtransformation.Cellsselectedfortetracyclineresistance,carriedbytheM.mycoidesLCchromosome,containthecompletedonorgenomeandarefreeofdetectablerecipientgenomicsequences.ThesecellsthatresultfromgenometransplantationarephenotypicallyidenticaltotheM.mycoidesLCdonorstrainasjudgedbyseveralcriteria.---Science.2007Aug3;317:632-8第二頁，共十頁，編輯于2023年，星期六合成基因組---Science論文Science2July2010:Vol.329.no.5987,pp.52-56CreationofaBacterialCellControlledbyaChemicallySynthesizedGenomeDanielG.Gibson,1JohnI.GlassetalWereportthedesign,synthesis,andassemblyofthe1.08–mega–basepairMycoplasmamycoidesJCVI-syn1.0genomestartingfromdigitizedgenomesequenceinformationanditstransplantationintoaM.capricolumrecipientcelltocreatenewM.mycoidescellsthatarecontrolledonlybythesyntheticchromosome.TheonlyDNAinthecellsisthedesignedsyntheticDNAsequence,including"watermark"sequencesandotherdesignedgenedeletionsandpolymorphisms,andmutationsacquiredduringthebuildingprocess.Thenewcellshaveexpectedphenotypicpropertiesandarecapableofcontinuousself-replication.第三頁，共十頁，編輯于2023年，星期六合成生命的基本操作程序第四頁，共十頁，編輯于2023年，星期六酵母中克隆細菌全基因組策略NucleicAcidsResearch,2010,Vol.38,No.8第五頁，共十頁，編輯于2023年，星期六酵母中克隆支原體全基因組NucleicAcidsResearch,2010,Vol.38,No.8第六頁，共十頁，編輯于2023年，星期六合成生命的關(guān)鍵步驟根據(jù)解讀的蕈狀支原體（M.mycoides）基因組DNA順序，文特爾團隊設(shè)計了1078個DNA卡盒（cassette）,每個DNA卡盒長1080bp，其末端有80bp的順序重疊.這些DNA卡盒由JCVI指定的公司lueHeronBiotechnology合成。隨后進行三個操作步驟：第一步，從1078個DNA卡盒中每次取10個構(gòu)建了109個長10kb的DNA卡盒.第二步，從110個10kbDNA卡盒中每次取10個構(gòu)建了11個長100kb的DNA卡盒.第三步，將11個長100kb的DNA卡盒在酵母細胞中彼此連接裝配成完整的人工基因組,全長1080kb,以酵母人工染色體（YAC）的形式擴增。 在酵母細胞中人工基因組DNA不發(fā)生甲基化，當進入受體細菌后將被受體限制酶降解,因此需要體外甲基化加以保護。酵母人工染色體（YAC）可以隨同染色體復制擴增。因帶有標記基因，可在篩選培養(yǎng)基上穩(wěn)定遺傳。從酵母細胞中分離擴增的人工合成蕈狀支原體基因組DNA，隨后將人工合成基因組導入山羊支原體（Mycoplasmacapricolum）受體細胞，山羊支原體受體細胞中編碼限制性核酸內(nèi)切酶基因已失活。人工合成的蕈狀支原體基因組DNA在山羊支原體受體細胞中可以轉(zhuǎn)錄mRNA,并可翻譯成蛋白質(zhì)。轉(zhuǎn)化的山羊支原體受體細胞基因組DNA或者被蕈狀支原體限制性核酸內(nèi)切酶破壞，或者在細胞繁殖后丟失。在篩選培養(yǎng)基上，最后只生長人工合成蕈狀支原體基因組的細胞克隆。最初的實驗中，人工合成的基因組并沒有產(chǎn)上預想的結(jié)果，沒有細胞生長。為此文特爾團隊設(shè)計了一種檢測合成的每個DNA卡盒中是否存在錯誤的方法。他們將天然的11個100kb的DNA卡盒和人工合成的11個100kb的卡盒進行搭配重組，用于檢測人工合成的100kb卡盒中是否存在錯誤.凡是檢測到功能有缺陷的人工卡盒，隨即進行DNA測序，找出存在的突變并給予矯正,確保進入人工基因組合成的卡盒完全正確。FirstSelf-ReplicatingSyntheticBacterialCell20-May-2010第七頁，共十頁，編輯于2023年，星期六合成生命操作圖解創(chuàng)造這個可復制的試驗性單細胞生物花費了4,000萬美元

取名Synthia:人造兒

第八頁，共十頁，編輯于2023年，星期六合成基因組結(jié)構(gòu)圖第九頁，共十頁，編輯于2023年，星期六人工合成基因組中的水印Thesecretaminoacidmessagescontainedin"watermarks"thatwereembeddedintheworld’sfirstmanmadebacterialgenome.NCBIcheckedintothegeneticsequencesubmittedbyVenter’sInstituteandfoundthewatermarkshiddeninplainsight.Thefivecodedmessagesthatwillgodowninhistoryasembeddedinthefirstsyntheti