科学家创造简单的合成细胞

五年前，科学家创造了一种单细胞的合成生物，只有473个基因，是最简单的活细胞。然而，这种类似细菌的生物在生长和分裂时表现得很奇怪，产生具有良好不同形状和尺寸的细胞。

现在，科学家们已经确定了七种基因，可以加入以驯服细胞的细胞“不守规矩的性质”，导致它们整齐地分成均匀的球体。这一成就是J.Craig Venter Institute（JCVI），国家标准和技术研究所（NIST）和马萨诸塞术学院（MIT）中心的合作，在杂志中描述了杂志和原子。

鉴定这些基因是朝向工程合成细胞的重要步骤，这些细胞做有用的东西。这些细胞可以充当农产品，生产药物，食品和燃料;检测疾病并在生活在身体内部治疗疾病并产生药物;并用作微小的计算机。

但要设计和建立一个完全希望它的单元格，它有助于有一个基本部分列表，并知道它们如何合适。

“我们希望了解生命的基本设计规则，”NIST蜂窝工程集团学习和领导者的共同作者伊丽莎白斯特鲁舒尔斯基说。 “如果这个单元格可以帮助我们发现和理解这些规则，那么我们就会去参加比赛。”

JCVI的科学家在2010年构建了具有合成基因组的第一个细胞。他们没有完全从头开始构建该细胞。相反，它们从一个称为支原体的非常简单的细菌开始细胞。它们在这些细胞中摧毁了DNA，并用DNA替换为在计算机上设计并在实验室中合成。这是地球生命史上的第一个生物体，以完全合成基因组。他们称之为JCVI-SYN1.0。

从那时起，科学家们一直在努力将该有机体脱落到其最低遗传成分。他们在五年前创建的超级简单的牢房被称为JCVI-SYN3.0，也许是太简单的人。研究人员现在将19个基因添加回这段细胞，包括正常细胞划分所需的七个，以创建新的变量JCVI-SYN3A。该变体具有少于500个基因。为了将该号码放在角度，生活在你的肠道中的大肠杆菌细菌有大约4,000个基因。人类细胞大约30,000。

“我们希望了解生命的基本设计规则。如果这个单元格可以帮助我们发现和理解这些规则，那么我们就会去参加比赛。“ -Elizabeth Strychalski是NIST蜂窝工程集团研究和领导者的共同作者

通过共同作者John Glass领导的JCVI的合成生物学集团识别七年额外的基因多年来努力。联合领导作者和JCVI科学家利杰太阳通过系统地添加和去除基因构建了数十种变异菌株。然后，她和其他研究人员将观察这些遗传变化如何影响细胞生长和划分。

NIST的作用是测量显微镜下产生的变化。这是一项挑战，因为细胞必须活着地进行观察。使用强大的显微镜观察死细胞相对容易。成像活细胞更难。

在显微镜下保持这些细胞在显微镜下特别困难，因为它们非常小而细腻。在单一的大肠杆菌细菌内部，一百或更多。小力可以撕裂它们。

为了解决这个问题，Strychalski和MIT共同作者James Pelletier，Andreas Mershin和Neil Gershenfeld设计了一种微流体化疗 - 一种迷你水族馆 - 其中细胞可以在光学显微镜下保持喂食和快乐。结果是停止运动视频，显示了种植细胞生长和分裂。

此视频显示JCVI-SYN3.0单元格 - 五年前创建的COLLE - 除以不同的形状和大小。一些细胞形成细丝。其他人似乎没有完全分开和排队在串上的珠子。尽管各种各样，所有这些细胞都是基因上相同的。

该视频显示新的JCVI-SYN3A细胞分为更均匀的形状和尺寸的电池。

这些视频和其他人喜欢他们允许研究人员观察他们的遗传操作如何影响细胞生长和分裂。如果去除基因中断正常过程，他们会把它放回并尝试另一个。

“我们的目标是了解每个基因的功能，所以我们可以开发一个完整的电池工作模型，”Pelletier说。

但该目标尚未达成。在这种生物体中添加的七个基因对于正常细胞分裂，科学家们知道他们中的两个人。细胞分裂中的其他五个游戏的角色尚不清楚。

“生活仍然是一个黑匣子，”Strychalski说。但是，通过这种简化的合成细胞，科学家们正在享受内心进展的好看。

论文：J.F.Pelletier，L. Sun，K.S. Wise，N. Assad-Garcia，B.J.Karas，T.J. Deerinck，M.H.艾尔斯汉，A.Mershin，N.Gershenfeld，R.Y。 Chuang，J.I.玻璃和e.a. Strychalski。基因组最小细胞中细胞分裂的遗传要求。细胞。发布于Online 2月29日，2021年3月29日。Doi：10.1016 / J.Cell.2021.03.008