基因組的設(shè)計(jì)與工程化構(gòu)建
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討論與展望
生命系統(tǒng)的復(fù)雜性使其難以分析和操作，對(duì)基因組的簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)和工程化構(gòu)建不僅有利于對(duì)生命起源、進(jìn)化與代謝調(diào)控的研究，也為生物技術(shù)的應(yīng)用提供了合適的表達(dá)宿主。從基因組簡(jiǎn)約化的角度來(lái)看，對(duì)基因組生存非必需的基因的刪減可能并非人類想象的那么簡(jiǎn)單。盡管對(duì)于大部分細(xì)菌和真菌基因組來(lái)說(shuō)，有?80%—90%?的基因是生存非必需的。但是，這些生存非必需基因，如執(zhí)行生存必需功能的冗余基因等，在不同程度的簡(jiǎn)約化基因組背景下可能是生存必需的。對(duì)天然小基因組原核細(xì)胞支原體的“自下而上”的人工重構(gòu)及簡(jiǎn)約化設(shè)計(jì)與功能測(cè)試表明，即使是天然已經(jīng)很緊湊的基因組，仍然可以繼續(xù)刪減一些基因，得到更簡(jiǎn)約的基因組。但是，目前對(duì)簡(jiǎn)約基因組的人工設(shè)計(jì)并沒(méi)有很好的策略，更多需要依賴大量的“設(shè)計(jì)—合成—測(cè)試”的工作。對(duì)于原核模式生物“自上而下”的基因組的刪減工作也是進(jìn)展較慢，尤其是大腸桿菌的基因組簡(jiǎn)約化工程已進(jìn)行了近?20?年的研究，不同的課題組從不同的菌株出發(fā)進(jìn)行基因組連續(xù)刪減獲得的菌株（基因組僅為約?3?Mbp），均遠(yuǎn)遠(yuǎn)無(wú)法接近理論上的最小基因組（約?300?個(gè)基因，大小約?0.3?Mbp）。這表明人類的理性設(shè)計(jì)簡(jiǎn)約化基因組人造生命還處于比較初期的階段。
然而，從其他方面進(jìn)行基因組的簡(jiǎn)約化的成功嘗試，比如對(duì)釀酒酵母多條染色體的端粒和著絲粒的刪減，并將天然的?16?條染色體融合為?1?條，使得染色體間及染色體內(nèi)的相互作用都大大簡(jiǎn)約化。這提示我們，天然復(fù)雜生命系統(tǒng)是可以通過(guò)人工設(shè)計(jì)和改造進(jìn)行簡(jiǎn)約化并以全新的生命形式表現(xiàn)出來(lái)的。（作者：薛小莉 覃重軍，中國(guó)科學(xué)院上海生命科學(xué)研究院植物生理生態(tài)研究所 中國(guó)科學(xué)院合成生物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。《中國(guó)科學(xué)院院刊》供稿）