科学家发现细菌dna序列可作信息“存储器”(Red重组技术)

阿根廷科学家近日成功将该国国歌旋律以人工基因编码形式植入某种细菌染色体中。这一方法不仅可以用来存储音乐旋律，还可能发展为一种拥有巨大应用潜力的信息存储方式。

据阿根廷媒体报道，主持研究的阿根廷信息生物学家费德里克?普拉达介绍说，生物的dna（脱氧核糖核酸）由四种脱氧核苷酸组成，即腺嘌呤、胸腺嘧啶、胞嘧啶和鸟嘌呤，分别用字母a、t、c、g表示。研究人员通过不同组合对四种核苷酸进行编码，使之对应不同的音符，然后将音符按照阿根廷国歌的旋律排列，并植入某种细菌的染色体中。

据介绍，被植入细菌染色体的基因片段以一条dna链形式存在，这条dna链虽然经过人为修改，但是在细菌繁殖过程中也会被精确复制。由于这条修改过的dna链存在于细胞质粒而非细胞核中，也不会影响细菌正常的生理活动。

普拉达说，这是一种有巨大应用潜力的信息存储方式。首先细菌繁殖能力很强，一般20分钟就可以复制一次，如同一个“生物复印机”。更重要的是，这种方法可以带来强大的存储能力，一个拥有6万册藏书的图书馆，如果以人工基因编码形式存放在细菌染色体中，将只有0.01克，存储的信息还可以随时提取。

该项目研究小组还专门建立了一个网站，网站上设有一个转换系统，当用户上传一段音乐旋律后，网站会自动转换为基因编码。目前该网站只能接受midi格式音乐，研究人员正在进一步完善系统，不久后就可以接受任何格式的数码音乐。

Red重组技术

分类:教育/科学 >> 科学技术 >> 工程技术科学
问题描述:

有人知道Red重组技术是什么吗？具体的操作步骤是如何的？

解析:

伴随着分子生物学的发展,一种基于λ噬菌体Red重组酶的同源重组系统已应用于大肠杆菌基因工程研究.Red重组系统由三种蛋白组成:Exo蛋白是一种核酸外切酶,结合在双链DNA的末端,从5'端向3'端降解DNA,产生3'突出端;Beta蛋白结合在单链DNA上,介导互补单链DNA退火;Gam蛋白可与RecBCD酶结合,抑制其降解外源DNA的活性.Red同源重组技术具有同源序列短(40～60 bp)、重组效率高的特点.这种技术可在DNA靶标分子的任意位点进行基因敲除、敲入、点突变等操作,无需使用限制性内切酶和连接酶.此外,这种新型重组技术可直接将目的基因克隆于载体上,目的基因既可来源于细菌人工染色体也可是基因组DNA.Red同源重组技术使难度较大的基因工程实验顺利进行,大大推动功能基因组研究的发展.

当今生物学与医学科学中，最强大的工具之一就是人工除去或补充DNA片段到生物体基因组中的能力。这个能力已帮助科学家了解了许多由于基因缺陷引起的问题，如今基因缺陷已与数千种疾病联系在一起。迄今这种增删DNA的技术还只局限于小DNA片断。但4年前，德国海德堡欧洲分子生物学实验室的Francis Stewart和他的同事发明了一种可以改造细菌中更长片段的DNA的新技术（-db.embl-heidelberg.de/jss/servlet/de.embl.bk.Tools.GroupLeftEMBL/ExternalInfo/stewart/ETcloning-textonly,）。现在德国生物技术大学工作的原欧洲分子生物学实验室研究人员又用这一个方法改造了一个小鼠基因，使其产生一系列复杂变化，目的是能对人类的白血病有更多了解。他们的研究结果发表在最新一期的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）上。

在过去的20年里，研究人员已学会将细菌用作“复制机器”，复制提取自其它生物的DNA。这是生物技术一次飞跃，因为大多数类型的研究都需要某一分子的数十亿拷贝用于研究。然而，这也存在一个局限：研究人员需要精确改变DNA分子，而对于大分子而言，复制出这么多拷贝极为困难。

Stewart和他的同事认为，细菌经过培训，可以做得更好，因此他们借用了小鼠和酵母等生物使用的一个修复断裂DNA的策略。称为重组酶的蛋白在细胞中循环，寻找序列熟悉的松散DNA片段。

“重组酶认定，这些片段已被错误地剪切出DNA，因而它们竭力将片段重新粘到基因组的正确位置上。”该研究的领导人Giuseppe Testa说。“有时这些重组酶有点勤奋过头了，它们会将看上去完全正常的片段如研究人员导入到细胞中的一个基因变异也重组到基因组中。”

这个过程称为同源重组，它的运行有点象计算机程序中的“查找和替换”命令。想象一下你打了满篇“Stephen Q. Gould”，然后突然发现中间的字母应该是“J”。计算机可以接受命令查找Stephen和Gould，然后替换二者之间的字母。同样，重组酶也是先找到一个目标靶左右可识别的DNA序列，然后用新序列替换左右可识别DNA之间的片段。

同源重组已知发生于细菌中，但不可能将其用于DNA改造，象酵母和小鼠干细胞中的那样。Stewart的研究小组决心找到一个能够完成此任务的细菌株。“我们尽可能订购各种类型大肠杆菌（E. coli）株。”他说。“经过了5个月的工作，我们实验室的博士后研究人员Youming Zhang终于找到了这样一个菌株。”

研究小组迅速识别出有关的细菌因子，将它们转化为一个新工具－－Red/ET重组，该技术现在正被全世界的生物学家采用。该技术是Stewart与它在欧洲分子生物学实验室的同事创立的生物技术公司－－基因桥GmbH的一个中流砥柱。该公司致力于开发这个技术突破的商业用途。

“我们一直致力于对该技术进行改进，使其可以在越来越大的DNA片段中工作。”Testa说。“我们最新的计划就是改造细菌的一条全长染色体。我们构建了一个复杂的大‘匣子’，现在我们已经将这个匣子插入到小鼠中，替代正常基因。”

研究人员选择的基因叫做混合世袭白血病基因（mixed-lineage leukemia，Mll)，已知白血病儿童携带该基因的缺陷版本。研究希望通过插入该基因的人工版本到小鼠中能够揭示Mll缺陷是如何导致白血病的。“这个基因的许多地方都可能发生故障。”Testa，“我们想构建一个使我们能够尽可能检测到多方面问题的版本。”

插入到小鼠中的人工Mll基因允许研究人员进行各种实验。它的遗传序列中含有两个与白血病有关的缺陷。这个匣子还含有允许每个缺陷在研究人员需要的任何时候被“打开”的控制开关；当然，它们也可以被关闭。“我们可以独立研究每一个突变，也可以观察它们一起时是怎样活动的，还可以控制每一个缺陷活动的时间。”Testa说。“这将使我们对多个基因缺陷之间的微妙关系有一个新认识。”

许多疾病都是与某一个基因突变有关；然而，疾病易感性往往还取决于其它序列变异，也就是我们所说的多态性。“Mll匣子大体上展示了研究兴趣基因的一个突变及其相关多态性的简便方法。”Testa说。“这种制造小鼠模型的方法对于构建人类疾病易感性和生物体对药物反应方式的可信模型将会越来越重要，我们认为我们的工作展示了建立这些模型的方法。”

这项新研究还预示着基因组工程新时代的来临。“Mll匣子是首次展示我们可以如何操作大DNA分子。”Stewart说。“Red/ET重组增加了DNA的大小，使其可以轻松被改造十多次。”

南极冰盖之下都有什么？俄罗斯钻探20年，近4000米处发现新型细菌

南极冰盖可以说是如今地球上最为神秘的地方之一，多年来，全球科学家经过多次探测研究，目前了解的还只是属于冰山一角。为了研究南极冰盖，俄罗斯科学家陆陆续续钻探了20年时间，这不禁让人有些好奇，南极冰盖之下到底有什么？

南极冰盖位于南极洲东部，占地近 1400 万平方公里，覆盖了南极大陆约 98% 的面积，平均厚度约2450米，是地球上两个极地冰盖之一，另一个是格陵兰冰盖。南极冰盖是由大气冰组成的，利用常年低温和终年不化的降雪年复一年地积累，压实成冰，逐渐从大陆中心蔓延到边缘，通过研究可以看出，地表的冰是现代的，越往下时间越长。

从20世纪60年代以来，经过科学家多次探测，已经用冰雷达在南极冰盖下发现了约400多个冰下湖。冰下湖这个概念是来自19世纪俄罗斯的一位科学家，他表示在冰体的压力下，冰盖内部温度会慢慢上升，最后会融化成淡水形成了“冰下湖”，后来在不断探测中被证实。

其中最大的冰下湖是由俄罗斯南极考察站东方站钻探出来的，命名为“沃斯托克湖”（俄语东方为沃斯托克）。从1990年代初期开始，俄罗斯、法国、美国的研究专家一起钻探，通过融冰技术（即热钻）和机械钻探技术陆陆续续不断 探索 。

直到2012年，俄罗斯持续20年的钻探项目取得了成功，科学家宣布，他们钻透了3769.3米的南极冰盖，到达了沃斯托克湖表层。据科学家推测，沃斯托克湖大约在1500万年前形成的，而之后就一直没有什么大的变化，这也让科学家不由感到好奇这个湖里会不会有生命存在呢？

于是俄罗斯科学家取来湖中的水样进行研究，结果发现了一种新的细菌。据刊登在《公共科学图书馆-综合》杂志上的研究表明，湖水样本中有超过3500种不同的DNA序列，其中有大约95%与细菌联系在一起。

另外，科学家在这些DNA序列里发现了不同类型的节肢动物、水蚤、真菌和软体动物等，而有些细菌通常是寄生在鱼类中的，这也可以说明沃斯托克湖中可能存在鱼类生物。

除此之外，英国生物学家也在南极冰架下的巨石上发现了海洋生物，其中16只海绵，还有22 只“不明生物”，其中可能包括藤壶，据英国南极调查员表示，他认为这些动物可能是滤食性动物，靠水中携带的营养物质生存。

随着全球变暖，南极冰盖融化显著，据《全球生态环境遥感监测2020年度报告》中显示，从1999年-2019年，南极冰盖融化面积达263.4万平方公里，约有3万亿吨的冰川融化，有些地方已经出现裂缝和冰坑，如果这些冰盖全部融化的话，将会导致海平面上升约58米。

冰盖融化不仅会导致海平面上升，还会对周围的自然环境和沿海地区都会造成严重的影响。约10万年前，南极曾有一块冰盖融化，导致世界范围的海平面上升了约9米左右，海水淹没了大片陆地。

一直以来，全球变暖都是人类面临的巨大挑战，如果全球变暖的问题不断加重，同样的事件可能会再次发生。

据最新研究表示，如果能实现2015年“巴黎气候协定”上定的减排目标，可能会避免灾难性后果，南极冰盖也不会受太大影响。不过温室气体排放量持续不变的话，到2100年，海平面可能会上升超过1米，到了2500年可能超过15米。

所以，阻止全球变暖是全人类的事情，希望尽快推动减排政策，推动能源利用效率，减少污染物排放，持续改善生态环境。

5月22号在美国诞生世界首例人造生命是什么性质？难道除了上帝，人也可以靠手造出生命？任何基因都不用吗？

希望能够帮到你

世界首个“人造生命”日前在美国诞生，现在人类的能力已经拓展到可以“操纵”自然界。不过这一科技突破也引来不少诟病，批评人士说人类怎能堪当“造物主”之职，而美国总统奥巴马也下令在下周举行听证会，讨论这一问题。综合新华社、《中国日报》报道

合成DNA让细菌“起死回生”

项目的负责人J·克雷格·文特尔将“人造生命”起名为“辛西娅”（Synthia，意为“人造儿”）。他表示：“‘辛西娅’其实是一个人工合成的基因组，是第一个人工合成的细胞，也是第一种以计算机为父母的可以自我复制的生物。”

项目组其他成员表示，这仅仅是一个更宏大工程的一小步，未来他们甚至可以根据客户需求提供“定制”的有机物。此外，未来科学家还可以制造出能够产出石油或专以二氧化碳为食的环境友好型“人造生命”。文特尔自信地说，“人造生命”将成为非常强大有用的生物学工具。

实验中，科研人员先将“山羊支原体”的内部挖空，再向其中注入“蕈状支原体”的DNA（脱氧核糖核酸），最后新的支原体终于开始自我繁殖，成为世界首个“人造生命”。

虽然实验原理听起来很简单，但是科研人员在15年间花费4000万美元才得以成功，其中的难点就在于如何让人造基因序列生成人造染色体。科学家经过多年反复的实验，终于攻克了所有技术难题，制造出了“人造生命”。此次植入的DNA片段包含约850个基因，而人类的DNA图谱上共有约20000个基因。

奥巴马下令评估风险

文特尔称在实验开始前他已经请教过许多伦理领域的专家，并向白宫汇报过此事。然而实验成功的消息公布后，还是招致许多人的批评，有人称无论如何人类都不可以充当“造物主”，更没有资格像“上帝”或诸神一样创造生命；更多人则担心此研究成果会被用来合成大量生化武器，造成恐怖威胁。

不过也有人称赞文特尔的研究具有划时代的意义。宾州大学的生物伦理学家亚瑟·卡普兰说：“研究成果可以彻底平息有关生命到底需不需要特殊力量才能被创造和生存下来的争论，甚至可以颠覆人类长久以来对于生命本质的看法，让人们重新审视自身和人类在宇宙中的地位，其深远意义堪比伽利略、哥伦布、达尔文和爱因斯坦等先贤对人类发展做出的贡献。”

目前，奥巴马已经敦促生物伦理委员会督察此事，“评估此研究将给医学、环境、安全等领域带来的任何潜在影响、利益和风险，并向联邦政府提出行动建议，保证美国能够在伦理道德的界限之内、以最小的风险获得此研究成果带来的利益”。

这是世界上第一个人造细胞。我们称它为‘人造儿’，因为这个细胞完全来自于合成的染色体，用4瓶化学物质在一个化学合成器下制造出来的。这是地球上第一个父母是电脑、却可以进行自我复制的物种。 ”——克雷格·文特尔

克雷格是谁？

克雷格·文特尔是一名具有争议的生物学家，同时也是一名财产过十亿的企业家。科学界一些人质疑他将基因组研究活动变成一种相互竞争的比赛。他1946年出生，曾在越南服役，在照顾伤兵时决心从医。1992年成立了私人的基因组研究所。约3年后，成功分析出一种导致幼儿脑膜炎的生物体的基因组序列。2005年他成立了一家Synthetic公司，期望研究出能生产可替代燃料的生命形式。在2007年和2008年入选《时代》影响世界的100人。

如果实验室出现了怪物

我们该怎么办？

最新一期《经济学人》封面文章认为，生物科学既能为人类造福，也能造孽。在各种科技手段迅猛进步之下，合成生物学（syntheticbiology）会变得更普及，它也会成为家庭作坊的活动内容。人们必须提高警惕，因为与电脑病毒不同的是合成生物物质的可怕自我繁衍能力。

在面对生物科学进步之时，人造生命看起来更令人惊奇。实际上，比“创造”一词更贴切的字眼是“干预”。不少人质疑科学家究竟是否能掌控这门科学，有谁能保证它会被理性地应用，从实验室中会不会演变出可怕的怪物。

由于人类染色体组项目的完成，分析生命的DNA序列速度极大地提高，分析成本迅速下降。以往需要数年并花费数百万英镑的工作，现在只需数天和数千英镑便能解决问题。当今数据库中存有包括小到细微细菌，大到参天林木的各种生物的染色体组。这意味着未来很快几乎任何人都能定制DNA，不可避免的是，一些想法可能是邪恶的。创造邪恶生物带来的问题与枪炮和炸药不相同，一旦前者出笼便能自我快速繁衍。

截至目前，还无人了解如何能让人类现有病原体大爆发，以及让其他动物感染并快速跨越物种传播的办法。但人类最终还是会找到这种办法，现在很难了解如何避免这种威胁。然而，合成生物学界的观察家们赞同开放这门科学，阻止邪恶者的最好办法是让自己一方有更多智者。若病原体能通过电脑设计出来，那么，防治的疫苗同样也能如法炮制。

当然，这个行当要监管，特别是需要随时保持警惕。密切关注新疾病很有意义，即使一些疾病看起来发生得很自然,对生物制品需求监控的努力还要增强和协调。鼓励好想法，消除邪念，人们最终能阻止厄运发生。

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