七基因讓“最小細胞”正常分裂 相關成果發表于《細胞》

5年前，研究人員高調宣布，他們設計出了一種精簡的微生物細胞。和其他已知的有機體相比，這種細胞能以更少的基因生存，但這個“最小細胞”往往分裂異常。現在，通過放回7個基因，一個團隊修正了這些細胞，使它們能像自然細胞一樣生長。3月29日，相關成果發表于《細胞》。

美國明尼蘇達大學合成生物學家Kate Adamala說，這一發現能讓科學家更了解正常細胞的哪些功能至關重要，以及許多神秘的基因在做什么。“這或許可以幫助識別未知基因的功能。”

密歇根大學安娜堡分校微生物學家Anthony Vecchiarelli表示，“我們需要知道，重建生命所需的最小部件清單是什么。”此外，“最小細胞”還可以通過闡明哪些能力對原始細胞至關重要，從而幫助人們深入了解生命的起源。

基因組測序先驅J. Craig Venter和同事創造了第一個“最小細胞”。他們從支原體微生物開始研究，這是一種非常微小的寄生蟲——擁有525個基因(大腸桿菌大約有4000個基因)。2010年，研究小組報告說，用一個合成基因組替換一種支原體基因組，能使這個被稱為syn1.0的細胞發出咕嚕聲。之后，科學家繼續從syn1.0的基因組中去除DNA片段，并在2016年公布了一個更精簡的版本syn3.0，它可以通過473個基因進行代謝和繁殖。

但是，這個細胞的許多后代都是畸形的。為檢查實驗室條件是否會對脆弱的合成細胞造成壓力，美國國家標準與技術研究所合成生物學家Elizabeth Strychalski領導的研究小組將細胞置于微流體芯片中，一方面保護細胞免受營養介質中電流的傷害，一方面能讓研究人員看到細胞分裂過程。

然而，這種溫和“治療”并沒有什么作用。“當我們觀察單個細胞時，發現這是一場大混亂。”Strychalski說。這些細胞本來應該是小球體，但有些卻像龐然大物，周長約為正常細胞的25倍。其他的看起來則像是線或是珍珠串。研究人員總結說，粗暴處理并不是問題所在，而是源于幫助控制繁殖和細胞形狀的基因被移除。

當時還不清楚究竟是哪些基因缺失造成了這種情況，但實驗室冰箱里有線索。為創建syn3.0，Venter和同事生成了許多缺乏syn1.0部分基因組的其他細胞株。當Strychalski和團隊解凍其中一個丟失了76個syn1.0基因的菌株時，它也產生了形狀異常的后代。“它幫助我們把基因從400個縮小到76個。”論文作者之一、麻省理工學院生物物理學家James Pelletier說。

通過添加基因組合來確定最終產生的細胞是否正常分裂，研究人員將所需基因數量減少到19個，然后進一步縮減。現在，他們報告說，只要在syn3.0中加入7個基因，就可以恢復正常分裂。

人們已經知道其中兩個基因在細胞分裂中發揮作用，但其他5個基因的參與令人意外——它們在微生物分裂中的作用仍然未知。

“修正后的‘最小細胞’可以幫助闡明這一仍然神秘的過程。”Strychalski說。(文樂樂)