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2021-04-15世界最小細胞480個基因就能正常複製分裂
472 期
Author 作者
編譯｜李依庭
一個具有完整功能的細胞至少需要多少個基因呢？5年前，由美國克萊格．凡特研究所（J. Craig Venter Institute, JCVI）創立者克萊格．凡特（J. Craig Venter）所領導的研究團隊研發出只包含473個基因的最小基因體細胞。然而，研究團隊卻發現，此最小細胞會產生異常分裂。所以，團隊耗時五年的時間，放入7個關鍵基因，便成功使細胞自然且正常地生長。
目前，自然界已知最小的基因體是生殖器支原體（Mycoplasma genitalium），只有525個基因。2010年，此研究團隊以絲狀黴漿菌（Mycoplasma mycoides）的基因體為基礎，研發製造出包含901個基因的第一代最小基因體細胞「JCVsyn1.0」。
2016年，研究團隊更進一步從JCV-syn1.0的基因組中去除DNA片段，並利用合成生物學製造出只包含473個基因、迄今最小基因體的細胞——「JCV-syn3.0」。然而，研究團隊很快發現此細胞有缺陷，分裂時會產生畸形後代。為了避免細胞受到培養液加入培養基所造成的衝擊，研究人員將細胞裝在微流控芯片（microfluidic chips）中觀察，發現本應分裂出小球體狀的細胞，卻分裂成周長為正常細胞25倍的龐然大物，或看起來不像球體而像線條的子細胞。
雖然研究人員尚不清楚缺失哪些基因，但推測應該是有助於控制生殖和細胞形態的基因在製造JCV-syn3.0時被去除，因此，便重新研究JCV-syn1.0與JCV-syn3.0之間的差異。研究團隊解凍當初為了製造JCV-syn3.0、缺少部分基因組的JCV-syn1.0細胞株，發現其中一個缺少76個基因的JCV-syn1.0細胞株，也會產生異常形狀的後代。
研究人員將缺少的76個基因進一步藉由組合排列確定細胞是否能正常分裂，將所需的數目減少至19個。而在最新合成的 JCVI-syn3A細胞中，更發現只需要加入7個基因就能恢復細胞正常分裂。不過令人驚訝的是，在這7個基因中，目前只有ftsZ與sepF兩基因已知與細胞分裂有關，另外5種基因仍不清楚如何作用在生殖或參與細胞分裂。
在《科學》（Science）期刊的採訪中，明尼蘇達大學（University of Minnesota）的合成生物學家阿達瑪拉（Kate Adamala）表示，這個發現可以使科學家進一步了解哪些基因在正常細胞的運作中是不可或缺的，甚至解開這些未知基因的功能。密西根大學（University of Michigan）的微生物學家韋基亞雷利（Anthony Vecchiarelli）也表示，知曉生命所需的最小基因體組合不僅提供人類了解哪些功能對於細胞而言必不可少，也能幫助人類探討生命的起源。
新聞來源
1. Mitch Leslie, Scientists coax cells with the world’s smallest genomes to reproduce normally, Science, 2021/3/29.
2. James F. Pelletier et al., Genetic requirements for cell division in a genomically minimal cell,Cell, 2021.