《自然》:专家首次为大肠杆菌植入人工碱基对

英国《自然》杂志近日公布的一项合成生物学研究显示,科学家首次将人工合成碱基对插入大肠杆菌的DNA(脱氧核糖核酸)中,且并未影响其生长和复制过程。这一成果向利用合成技术"订制"特定生物组织迈进一步。遗传物质DNA由两条很长的糖链结构形成骨架,通过碱基对的结合形成稳定的螺旋结构。自然界的生命多姿多彩,最基本的碱基对却只有两种:腺嘌呤-胸腺嘧啶(A-T)和胞嘧啶-鸟嘌呤(C-G)。但美国研究人员构建出一种自然界不存在的生物体,它稳定包含一种代号为"X-Y"的     

转载-我国“合成生物学”急需研究的问题

2010年5月20日,美国Science杂志报道J.Craig Venter的研究小组制造了第一个能够自我复制的人工合成生命,这一成果是人类在合成生物学领域的一次突破,同时"合成生物学"也日渐成为国内外研究的热点。本刊一直以来,也非常关注合成生物学的进展,2010年6月本刊曾发表了"从人类基因组到人造生命:克雷格.文特尔领路生命科学"一文,回顾了Venter团队制造人造细胞的研究历程及合成生物学的历史,展望了其广阔的应用前景。近日,本刊副主编陈国强教授接受了《中国科学报》(原《科学时报》)记者龙九尊的专访,探讨了我国"合成生物学"急需研究的一些问题。故编辑部特别转载推介此文,以飨读者。     

人工合成DNA创造“全新微生物”

<正>英国《自然》杂志1月7日公布的一项合成生物学研究显示,科学家首次将人工合成碱基对插入大肠杆菌的DNA中,且并未影响其生长和复制过程。这一成果向利用合成技术"订制"特定生物组织迈进一步。美国研究人员构建出一种自然界不存在的生物体,它稳定包含一种代号为"X-Y"的人工碱基对。在最新研究中,研究人员合成了一段包含天然碱基对和人工碱基对的DNA,将其插入大肠杆菌细胞中。研究的突破之一是发现了一种特殊的转运分子,这种由一种微藻生成的三磷酸转运蛋白,能够运输人造碱基对进入细胞。结果显示,DNA能以适当的速度和准确度进行复制,被改造的大肠杆菌细胞仍继续生长,人工碱基对也没有被去除。研究负责人、斯克里普     

微生物糖苷酶的新型突变酶——硫代糖苷酶的产生及应用

微生物糖苷酶的酸碱功能氨基酸突变酶能催化硫代糖苷的合成,这类酶被称为硫代糖苷酶。目前发展的硫代糖苷酶有β-硫代葡糖苷酶、β-硫代甘露糖苷酶、β-硫代半乳糖苷酶、α-硫代木糖苷酶和α-硫代葡糖苷酶,来源于细菌和古细菌,能合成多种硫代糖苷。最近,硫代糖苷酶被应用于糖蛋白的糖基化修饰,首次人工合成硫代糖蛋白。微生物糖苷酶合成功能的新延伸,对糖生物学、生物技术和制药业的发展将有着重要意义。     

微生物糖苷酶的新型突变酶——硫代糖苷酶的产生及应用

微生物糖苷酶的酸碱功能氨基酸突变酶能催化硫代糖苷的合成,这类酶被称为硫代糖苷酶。目前发展的硫代糖苷酶有β-硫代葡糖苷酶、β-硫代甘露糖苷酶、β-硫代半乳糖苷酶、α-硫代木糖苷酶和α-硫代葡糖苷酶,来源于细菌和古细菌,能合成多种硫代糖苷。最近,硫代糖苷酶被应用于糖蛋白的糖基化修饰,首次人工合成硫代糖蛋白。微生物糖苷酶合成功能的新延伸,对糖生物学、生物技术和制药业的发展将有着重要意义。     

中国合成生物学发展回顾与展望

合成生物学既是一门"汇聚"型新兴学科,又孕育着颠覆性的使能技术.它在系统生物学基础上,融会工程科学原理,采用自下而上的策略,重编改造天然的或设计合成新的生物体系,以揭示生命规律和构筑新一代生物工程体系,被喻为认识生命的钥匙(建物致知)、改变未来的颠覆性技术(建物致用).中国科学家曾经首次实现人工合成蛋白质(牛胰岛素)和核糖核酸(酵母丙氨酸tRNA),近年来又在染色体合成与染色体工程、基因组编辑、生物底盘构建、定量工程生物学、生物元件工程和基因回路工程、天然活性物质和有机化工产品的人工合成代谢、计算机生物模拟等方面取得系列原始发现和创新成果,成为国际合成生物学领域中的一支重要力量.时值新中国科技发展70年,撰写本文,从一个视角讨论合成生物学发展及中国科学界的贡献,纪念开拓者,励志来者,总结经验,梳理发展思路.期待中国合成生物学繁荣发展,更多地贡献于人类.     

合成生物学技术的研究进展——DNA合成、组装与基因组编辑

合成生物学作为一门新兴学科,其目标主要有两点:一是利用非天然的分子使其出现生命的现象,也就是―人造生命‖;二是―改造生命‖,比如利用一种生命体的元件(或经过人工改造),组装到另一个生命体中,使其产生特定功能。无论是哪种目的,对生命遗传物质DNA的操作都非常关键,其具体包括DNA的从头合成、组装和编辑等。同时,这些使能技术的进步也促进了合成生物学其他领域的发展。本文介绍了DNA操作相关的合成生物学使能技术的最新进展。     

研发动态

美国首次人工合成能维持生命的蛋白质美国普林斯顿大学近日首次成功地构建了维持活细胞生长的人造蛋白质,这一研究成果有可能在未来帮助科学家们构建出新的生物系统。研究人员构建了自然界中前所未见的遗传序列,并利用这些序列生成了可维持细胞生命的物质。     

被转移的植物基因在农业遗传工程公司有了表达

农业遗传工程公司(Boulder,Co)的研究人员将一种菜豆植物的遗传物质转移到向日葵和菸草组织,并诱使这两种植物的组织产生了菜豆的蛋白。这一工作首次表达了一种被移植的高等植物的基因,完成了一个比转化像细菌这种比较简单的生命形式更复杂的任务。两年前,我们提到了这一研究(BN4/15/81P.1)。那时在威斯康星大学(Madison),而现在在农业遗传工程公司的John Kemp建立了对这两种植物基因转化的技术。     

中心法则导论(二)

一.从DNA双螺旋模型到中心法则 1953年Watson和Crick提出了DNA双螺旋互补结构模型,DNA热潮席卷了整个生物学界,因为这个模型暗示了DNA自我复制的机制,并使我们能首次从原子水平上提出遗传物质自我复制的详细假说。但是Watson和Crick清楚地知道仅仅具有复制能力并不一定就是遗传物质,他们说:“一种遗传物质必须以某种方式行使两种功能,即自我复制和对细胞高度特异性影响,我们的DNA模型为第一个过程提出了一     

辩证唯物主义的重大胜利——人工合成蛋白质的哲学意义

近百年来,不少科学家费尽心思探索合成蛋白质,由于没有成功的事例,成了自然科学中的一个“神秘领域”。1965年,我国科技人员遵循毛主席的教导,在辩证唯物主义指导下,走自己的科学研究道路,首次人工合成胰岛素,闯进了这个“神秘领域”。在无产阶级文化大革命的推动下,又成功地对胰岛素晶体结构作了测定。它标志着人工合成蛋白质时代已经开始了。继我国之后,其他国家也合成了几种蛋白质。近几年来,我国和一些国家又开始进行人工合成核酸的研究。人类在人工合成生命物质的漫长征途上已迈进了一大步。这是辩证唯物主义的重大胜利。它有力地批判了邓小平和科技界不肯改悔的走资派散布的奇谈怪论。     

从人类基因组到人造生命:克雷格·文特尔领路生命科学

2010年5月20日,美国Science杂志报道J.Craig Venter的研究小组制造了第一个能够自我复制的人工合成生命,并立即引发了人们对这一研究潜在威胁的担忧和有关生物安全和生物伦理的讨论。但同时,这一成果也是人类在合成生物学领域的一次突破。我们相信在后基因组时代,合成生物学的发展必将广泛地应用于能源、环境、材料、医药等诸多领域,从而影响和改变人类未来的生活。     

科学家发明体内DNA合成可视化新技术

瑞士苏黎世大学的研究人员发表在美国《国家科学院院刊》（PNAS）上的研究成果称他们研发了一种新物质，可用来标记和观察动物体内的DNA合成过程。通过人工合成小分子标记物掺人生物体自身合成过程来达到可视化DNA合成的目的。     

DNA聚合酶在维持基因组稳定性中的多重功能及其相关疾病

遗传物质的稳定传递是生命繁衍的根本。基因组DNA的精确复制和分配是遗传物质传递的基础,也是细胞周期两大最核心的生物学事件。DNA聚合酶作为催化合成DNA双链的酶,是复制过程中最重要的因子之一。尽管对这类酶的研究已有将近60年的历史,但依然是生命科学基础研究的前沿之一。真核生物中已知的DNA聚合酶有十几种,它们不仅参与正常基因组DNA合成过程,也参与DNA损伤情况下多种修复过程。如此众多的具有不同特性的DNA聚合酶在细胞内是如何分工与合作的,在正常细胞传代与环境胁迫等情况下维护基因组稳定性中的关键作用及其分子机制又是什么。更有意思的是,最近的肿瘤细胞比较基因组数据表明,多种DNA聚合酶基因突变与某些肿瘤和遗传疾病相关,从而为这些疾病致病机理研究与诊治提供了新的思路和方法。对上述DNA聚合酶相关核心问题的最新研究进展进行了综述。     

通过蛋白质工程制造人造降血钙素

<正> 美国洛克菲勒大学一个科学家小组完成了人类降血钙素人工变体的设计和合成。小组组长认为,虽然天然降血钙素和其它荷尔蒙在此之前已经合成,但人工合成降血钙素这还是第一次。“重新设计自然”,而不是复制。他们的成绩有助于促进蛋白质工程这一新领域的发展。蛋白质工程有希望改变制造食品、药品和化学品的方法。人工合成降血钙素在医学上和其本身可能是重要的,因为它能改进佩吉特氏病(变形性骨炎)的治疗,变形性骨炎导致骨头畸形和其它以钙为基础的疾病。但对蛋白质工     

合成生物学与微生物遗传物质的重构

作为一门新兴学科的合成生物学已经展现出巨大的科学价值和应用前景。近年来已经发表了多篇综述文章,从不同角度对合成生物学进行了总结和论述。文章首次对合成生物学和微生物遗传学之间的关系进行了阐述,同时介绍了合成生物学在微生物遗传物质的重构方面最近的研究进展,包括微生物遗传物质的合成、设计和精简,遗传元件的标准化和遗传线路的模块化。也探讨了合成生物学与微生物遗传工程的关系。     

研发动态

<正>科学家合成首个真核生物染色体纽约大学朗格尼医学中心领导的国际团队合成了首个酵母功能性染色体,这是继人工合成细菌和病毒DNA以来,首次合成一条完整的真菌染色体。研究成果发表在最新一期《科学》杂志上。研究团队将酵母的三号染色体利用计算机辅助设计,重新合成了一个全功能的染色体synIII,其操作包括:     

概念图巧析组成酶和诱导酶

根据酶的合成方式和存在时间,微生物细胞内的酶可分为组成酶和诱导酶,组成酶是细胞内一直存在的酶,它的合成仅受遗传物质控制即受内因控制;诱导酶是在环境中有诱导物(一般是反应的底物)存在时,微生物会因诱导物存在而产生一种酶就是诱导酶,诱导酶的合成除取决于环境中诱导物外,     

催化元件和途径的人工设计与组装

催化元件以及由多个催化元件组成的合成途径的设计与组装为人工合成体系的建立奠定了基础,是合成生物学的重要研究内容。除从自然生物中挖掘大量的天然酶和途径可供人工合成体系使用外,将计算生物学、蛋白质工程以及组合生物合成等技术相结合,理性地、有目的地进行催化元件和途径的人工设计与组装,将提供新功能酶以及新物质合成途径。介绍了催化元件和合成途径人工设计与组装的研究策略和最新进展。     

应用PCR-酶切连接法合成全长sFat1基因

人工合成基因在生命科学研究中有着重要的意义, 因此基因合成是一项常用技术。长片段基因的合成比较困难, 常常因为合成中碱基序列的错配、突变等原因而导致失败。研究者们所熟知的几种现行的方法仍然难以解决该问题。本研究在作者自身的工作经验中建立了一种新的基因合成方法, 即PCR-酶切连接法。应用该方法成功地将化学合成的27个寡聚核苷酸片段(每个片段长60～68 bp)拼接组装起来, 获得了完整的总长为1 226 bp的基因sFat-1。整个过程仅采用3轮PCR(共7个反应)、2轮的酶切连接(3个反应), 而且未曾出现任何偏离预期基因序列的差错。该方法步骤较少, 技术简单, 出错极少, 是合成长基因序列很好的选择。