基因工程可以产生新基因（基因工程大突破）

一个具有完整功能的细胞至少需要多少个基因呢？

显微镜下的“JCVI-syn1.0”

2010年，美国克莱格·凡特研究所（J. Craig Venter Institute, JCVI）的研究团队合成出了一种名为“丝状霉浆菌”（Mycoplasma mycoides）的基因体，然后将其移植入另一种相近的细菌体中，成功制造出了一种有901个基因组成的合成细胞“JCVI-syn1.0”。这是人类首次制造出“合成生命体”，当时曾在科学界引起轰动。

JCVI-syn3.0的制作流程

2016年，还是由美国克莱格·凡特研究所创始人克莱格·凡特（J. Craig Venter）所领导的研究团队在“JCVI-syn1.0”的基础上再次制造出了只有473个基因的生物体“JCVI-syn3.0”，创造了人类已知最小的基因体的世界纪录。

显微镜下的JCVI-syn3.0

研究人员称“JCVI-syn3.0”仅包含维持生命必需的基因，但依然具有自我复制能力，相比之下，人类的基因数量超过2万个。研究人员称“JCV-syn3.0”基因体中目前有149个基因的功能还未知。

科学家添加七个基因并恢复其正常形状 图左为添加之前 图右为添加之后

然而，研究团队很快发现“JCVI-syn3.0”细胞有严重的设计缺陷，因为其在进行细胞分裂时会产生畸形后代。例如研究人员将“JCVI-syn3.0”细胞放在专用的生物芯片（一种被称为microfluidic chips的微流控芯片）中观察后发现，本应该正常分裂出小球体状的细胞的“JCVI-syn3.0”，却分裂成周长是正常“JCVI-syn3.0”细胞25倍的庞然大物。

JCVI-syn3.0的生长过程

鉴于此，该团队又耗时五年的时间，重新在“JCVI-syn3.0”细胞放入了7个关键基因，终于使得该细胞能够自然且正常地生长，新合成的细胞被称为“JCVI-syn3A”细胞。相关研究于2021年被《科学》（Science）期刊报道。

2021年《科学》（Science）网站的报道

研究这种人工合成生物体的意义是什么？

密西根大学（University of Michigan）的微生物学家韦基亚雷利（Anthony Vecchiarelli）表示，研究生命所需的最小基因体组合不仅可以使人类了解哪些基因和功能对于细胞而言是必不可少的，也可以帮助人类更好的理解生命的起源。据研究人员称这项研究所获得的研究成果有望应用于多个领域，例如生物学、化学、营养学、农业以及生产新药物与生物能源等。美国克莱格·凡特研究所的创始人克莱格·凡特认为这是一个新时代的开始。

小知识：目前人类已知的生物界最大的基因体——衣笠草

衣笠草

“JCVI-syn3.0”有473个基因，仅有53万1560个硷基对。而生物界最大的基因体，是一种名叫“衣笠草”（Paris japonica，又名日本重楼）的罕见日本花卉，于2010年被科学家发现。

“衣笠草”是一种具有40条染色体的八倍体生物，生物学家认为这种生物体可能是四个品种的异源多倍体杂交种，而这种生物体携带的基因的硷基对多达1500亿个，是人类的50倍。

作者｜将杨杨

来源｜郑州市第二届科普征文大赛投稿入选作品

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