合成生物學(xué)的“珠峰”

據(jù)一項(xiàng)新研究報(bào)告，研究人員第一次合成了一個(gè)真核細(xì)胞染色體。該染色體來(lái)自一種在地球上被研究得最透徹的生物之一：發(fā)面酵母或釀酒酵母。酵母已被用來(lái)制造啤酒、生物燃料及藥物，但它們一旦配備了全套合成的且可變的染色體時(shí)，比如在此項(xiàng)研究中所設(shè)計(jì)的染色體，這種單細(xì)胞生物就可以生產(chǎn)出這些重要商品的更好的版本，其中包括新的抗生素或?qū)Νh(huán)境更友善的生物燃料。盡管研究人員在該研究中僅僅合成了該酵母菌的16條染色體中的1條，但他們的努力是通往構(gòu)建一個(gè)完整的真核細(xì)胞生物基因組的關(guān)鍵性的一步。

作為真核生物的發(fā)面酵母的基因組是由1200萬(wàn)個(gè)核苷酸組成的；核苷酸是基因字母，它們以一種特別的順序被串在一起。由Jef Boeke和Narayana Annaluru領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)小組將目標(biāo)對(duì)準(zhǔn)該酵母菌的染色體III，后者由超過(guò)2.5%的這些核苷酸所組成。他們用軟件來(lái)對(duì)其作出小的變動(dòng)；尤其是移除某些基因間重復(fù)及較少使用的DNA區(qū)域。接著他們通過(guò)將個(gè)體核苷酸串聯(lián)在一起而構(gòu)建了一種真實(shí)的染色體版本；核苷酸是基因的構(gòu)建模塊。重要的是，他們?cè)诒徽J(rèn)為不重要的基因旁邊放置了小的被稱作loxPsym位點(diǎn)的標(biāo)記，這樣他們便能改變或刪除被標(biāo)注的基因以觀察該酵母菌是否能夠存活。

研究人員在活體酵母菌細(xì)胞內(nèi)放入他們的人工合成的染色體并測(cè)試了這些改變的細(xì)胞在不同營(yíng)養(yǎng)物及在不同條件下生長(zhǎng)的能力。在每種情況下，配備有某種合成染色體版本的酵母菌功能與天然酵母菌的功能沒(méi)有差別。研究人員通過(guò)激活不同的loxPsym位點(diǎn)以改變或刪除基因，從而進(jìn)一步地操縱酵母菌細(xì)胞。他們發(fā)現(xiàn)，某些細(xì)胞的生長(zhǎng)會(huì)更為緩慢。而其他某些具有不同基因組合的細(xì)胞則會(huì)非?？焖俚厣L(zhǎng)。例如，通過(guò)以不同方式重組DNA，研究人員希望能夠設(shè)計(jì)出可比天然酵母菌制造更多乙醇的或在困難的環(huán)境中生長(zhǎng)得更好的酵母菌。這項(xiàng)工作確立了酵母菌這種選定的真核生物可作為設(shè)計(jì)合成真核生物基因組生物學(xué)的基礎(chǔ)。

生命早期干預(yù)計(jì)劃可助貧困兒童

成年后更健康

一項(xiàng)新的研究提示，在生命的頭5年中經(jīng)歷過(guò)高品質(zhì)干預(yù)計(jì)劃的貧困兒童在成年時(shí)會(huì)比那些沒(méi)有得到高品質(zhì)干預(yù)計(jì)劃的貧困兒童有更好的身體健康結(jié)果。在美國(guó)醫(yī)療費(fèi)用飛漲以及強(qiáng)調(diào)延緩起病時(shí)間與疾病發(fā)生后治療疾病同樣重要的背景中，這項(xiàng)研究揭示了在孩提時(shí)代早期進(jìn)行干預(yù)以預(yù)防疾病與促進(jìn)健康的潛力。先前的研究已經(jīng)顯示，那些在生命早期有著不良條件的人在成年時(shí)更加會(huì)出現(xiàn)健康問(wèn)題。

研究人員一直知道，在那些高風(fēng)險(xiǎn)青少年中實(shí)施早期兒童計(jì)劃可減少其犯罪、提高其賺錢(qián)能力，并且會(huì)鼓勵(lì)這些孩子留在學(xué)校學(xué)習(xí)，但研究人員就這些計(jì)劃對(duì)其健康的影響，尤其是對(duì)這些參與者成年后的影響，則一直沒(méi)有清晰的看法。如今，引述來(lái)自美國(guó)最早的兒童早期干預(yù)計(jì)劃之一——Carolina Abecedarian Project （ABC）——的數(shù)據(jù)，F(xiàn)rances Campbell及其同事證明參與該計(jì)劃是如何確實(shí)導(dǎo)致了這些人在成年時(shí)會(huì)有更好的身體健康；Carolina Abecedarian Project（ABC）的創(chuàng)立是為了評(píng)估一種富有促進(jìn)作用的環(huán)境可在貧困兒童中防止輕度的發(fā)育遲緩。在1972年至1997年間出生的四個(gè)群組的兒童參與了該項(xiàng)計(jì)劃（該5年計(jì)劃在2002年時(shí)在每個(gè)孩子身上的花費(fèi)大約為6.7萬(wàn)美元）。

在多個(gè)間期中對(duì)這些參與者進(jìn)行了追蹤，直到他們35歲左右；在該時(shí)間點(diǎn)，他們接受了心血管及代謝風(fēng)險(xiǎn)因子的生物醫(yī)學(xué)調(diào)查。與那些在出生及5歲之間沒(méi)有接受過(guò)ABC計(jì)劃的一開(kāi)始就貧困的35歲左右的人相比，那些參與ABC計(jì)劃的人的這2種風(fēng)險(xiǎn)因子都較低。例如，在接受過(guò)治療的男性中，其平均收縮壓較低，而接受過(guò)治療的女性也較少可能受到腹部肥胖的影響。盡管生命早期的經(jīng)歷會(huì)影響成年時(shí)期健康的確切機(jī)制尚未確定，但這項(xiàng)工作顯示了關(guān)注兒童生命頭5年的高品質(zhì)干預(yù)的重要性；如果沒(méi)有這些干預(yù)，這些孩子會(huì)在缺乏某些促進(jìn)作用或營(yíng)養(yǎng)的情況下成長(zhǎng)。

全腦圖將神經(jīng)元與行為掛鉤

將神經(jīng)元回路與某種活的生物體的特定行為掛鉤已被證明是出了名的困難。但是，Joshua Vogelstein及其同事研發(fā)出了一種用于調(diào)查這類神經(jīng)元回路以及受到這些回路激發(fā)的行為的新技術(shù)，他們用該技術(shù)創(chuàng)建了一個(gè)在果蠅幼蟲(chóng)的神經(jīng)元參考圖譜。據(jù)這些研究人員披露，這一圖譜將果蠅幼蟲(chóng)的神經(jīng)元中的一大部分與29種果蠅的一般行為，如“轉(zhuǎn)身—避開(kāi)”或“逃逸”等掛鉤，而且它為在動(dòng)物王國(guó)中調(diào)查選擇并控制這些獨(dú)特行為的基礎(chǔ)機(jī)制提供了一個(gè)寶貴的起點(diǎn)。Vogelstein及團(tuán)隊(duì)在37780個(gè)果蠅幼蟲(chóng)的腦中使用了一種會(huì)對(duì)光作出反應(yīng)的被稱作視紫紅質(zhì)通道蛋白的蛋白質(zhì)來(lái)選擇性地激活1054個(gè)不同的神經(jīng)元通路。高速攝像機(jī)捕捉到了該神經(jīng)元在刺激之前、之中及之后果蠅幼蟲(chóng)的形狀及運(yùn)動(dòng)的視頻，而最先進(jìn)的軟件將這些運(yùn)動(dòng)歸類為不同的“行為類型”，或者說(shuō)是行為的基本族及亞族。研究人員的光遺傳學(xué)篩檢方法確認(rèn)了會(huì)影響通過(guò)自然刺激所觸發(fā)的日常行為以及從前沒(méi)有被記錄過(guò)的行為類型的神經(jīng)元。他們說(shuō)，將來(lái)，它也許也能適用于其他的生物體。