《人工合成基因组》PPT课件.ppt

人工生命 artificiallife 2007年6月美国科学家克雷格 文特尔和他领导的研究小组宣布 他们首次实现了完整的基因组在物种间的移植 这一成功为首个 人造生命 的降生奏响了序曲 文特尔说 这次成功让他向着制造出首个 人造生命 又迈进一步 他将在几个月内利用人工合成的基因组展开类似的移植试验 实现科研史上零的突破 如果试验成功 文特尔就能宣布他造出全球第一个 合成生命 形式 2010年5月20日J CraigVenterInstitute JCVI anot for profitgenomicresearchorganization publishedresultstodaydescribingthesuccessfulconstructionofthefirstself replicating syntheticbacterialcell Theteamsynthesizedthe1 08millionbasepair 1080kb chromosomeofamodifiedMycoplasmamycoidesgenome ThesyntheticcelliscalledMycoplasmamycoidesJCVI syn1 0andistheproofofprinciplethatgenomescanbedesignedinthecomputer chemicallymadeinthelaboratoryandtransplantedintoarecipientcelltoproduceanewself replicatingcellcontrolledonlybythesyntheticgenome ThisresearchwillbepublishedbyDanielGibsonetalintheMay20theditionofScienceExpressandwillappearinanupcomingprintissueofScience Genometransplantationinbacteria changingonespeciestoanother 天然完整基因组种间转移 Asasteptowardpropagationofsyntheticgenomes wecompletelyreplacedthegenomeofabacterialcellwithonefromanotherspeciesbytransplantingawholegenomeasnakedDNA IntactgenomicDNAfromMycoplasmamycoides 蕈状支原体 largecolony LC virtuallyfreeofprotein wastransplantedintoMycoplasmacapricolum 山羊支原体 cellsbypolyethyleneglycol PEG mediatedtransformation Cellsselectedfortetracyclineresistance carriedbytheM mycoidesLCchromosome containthecompletedonorgenomeandarefreeofdetectablerecipientgenomicsequences ThesecellsthatresultfromgenometransplantationarephenotypicallyidenticaltotheM mycoidesLCdonorstrainasjudgedbyseveralcriteria Science 2007Aug3 317 632 8 合成基因组 Science论文 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 合成生命的基本操作程序 酵母中克隆细菌全基因组策略 NucleicAcidsResearch 2010 Vol 38 No 8 酵母中克隆支原体全基因组 NucleicAcidsResearch 2010 Vol 38 No 8 合成生命的关键步骤 根据解读的蕈状支原体 M mycoides 基因组DNA顺序 文特尔团队设计了1078个DNA卡盒 cassette 每个DNA卡盒长1080bp 其末端有80bp的顺序重叠 这些DNA卡盒由JCVI指定的公司lueHeronBiotechnology合成 随后进行三个操作步骤 第一步 从1078个DNA卡盒中每次取10个构建了109个长10kb的DNA卡盒 第二步 从110个10kbDNA卡盒中每次取10个构建了11个长100kb的DNA卡盒 第三步 将11个长100kb的DNA卡盒在酵母细胞中彼此连接装配成完整的人工基因组 全长1080kb 以酵母人工染色体 YAC 的形式扩增 在酵母细胞中人工基因组DNA不发生甲基化 当进入受体细菌后将被受体限制酶降解 因此需要体外甲基化加以保护 酵母人工染色体 YAC 可以随同染色体复制扩增 因带有标记基因 可在筛选培养基上稳定遗传 从酵母细胞中分离扩增的人工合成蕈状支原体基因组DNA 随后将人工合成基因组导入山羊支原体 Mycoplasmacapricolum 受体细胞 山羊支原体受体细胞中编码限制性核酸内切酶基因已失活 人工合成的蕈状支原体基因组DNA在山羊支原体受体细胞中可以转录mRNA 并可翻译成蛋白质 转化的山羊支原体受体细胞基因组DNA或者被蕈状支原体限制性核酸内切酶破坏 或者在细胞繁殖后丟失 在筛选培养基上 最后只生长人工合成蕈状支原体基因组的细胞克隆 最初的实验中 人工合成的基因组并没有产上预想的结果 没有细胞生长 为此文特尔团队设计了一种检测合成的每个DNA卡盒中是否存在错误的方法 他们将天然的11个100kb的DNA卡盒和人工合成的11个100kb的卡盒进行搭配重组 用于检测人工合成的100kb卡盒中是否存在错误 凡是检测到功能有缺陷的人工卡盒 随即进行DNA测序 找出存在的突变并给予矫正 确保进入人工基因组合成的卡盒完全正确 FirstSelf ReplicatingSyntheticBacterialCell20 May 2010 合成生命操作图解 创造这个可复制的试验性单细胞生物花费了4 000万美元 取名Synthia 人造儿 合成基因组结构图 人工合成基因组中的水印 Thesecretaminoacidmessagescontainedin watermarks thatwereembeddedintheworld sfirstmanmadebacterialgenome NCBIcheckedintothegeneticsequencesubmittedbyVenter sInstituteandfoundthewatermarkshiddeninplainsight Thefivecode