早在1975年，生物學(xué)家就發(fā)現(xiàn)黑猩猩與人類基因組的蛋白質(zhì)編碼部分具有99%以上的同一性。然而，黑猩猩和人類在顯著方式上明顯不同。為什么?答案在于這樣一個(gè)事實(shí)，即如何使用DNA與其說的一樣重要。也就是說，構(gòu)成基因組的基因并不總是被使用。它們可以隨時(shí)間打開或關(guān)閉，也可以向上或向下?lián)軇?dòng)，并且它們以復(fù)雜的方式彼此交互。一些基因編碼產(chǎn)生特定蛋白質(zhì)的指令，而另一些編碼關(guān)于調(diào)節(jié)其他基因的信息。

現(xiàn)在，弗雷德(Fred)和南希·莫里斯(Nancy Morris)的生物學(xué)與生物物理學(xué)教授羅伯·菲利普斯(Rob Phillips)的實(shí)驗(yàn)室中的研究人員開發(fā)了一種新工具，用于確定普通細(xì)菌中各種基因的調(diào)控方式。盡管大腸桿菌已經(jīng)在生物學(xué)和生物工程領(lǐng)域用作模型生物數(shù)十年，但研究人員了解到只有約35%的基因具有調(diào)控作用。菲利普斯實(shí)驗(yàn)室的新方法闡明了近100種以前未表征的基因是如何受到調(diào)控的，并為研究許多其他基因奠定了基礎(chǔ)。

描述該新技術(shù)的論文發(fā)表在eLife雜志上。

想象一下，您可以閱讀某種新語(yǔ)言的字母和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)，但您無法理解單個(gè)單詞的含義或語(yǔ)法規(guī)則。您可以閱讀一本書并識(shí)別您閱讀的每個(gè)字母，而無需理解句子或段落在說什么。這類似于現(xiàn)代基因組學(xué)時(shí)代生物學(xué)家所面臨的挑戰(zhàn)：現(xiàn)在對(duì)生物體的基因組進(jìn)行測(cè)序是快速而直接的，但是實(shí)際上了解每個(gè)基因是如何調(diào)控的卻更加困難。對(duì)基因調(diào)控的理解是了解健康和疾病的關(guān)鍵，并且如果我們有一天要重新利用細(xì)胞的功能，那么它們就很重要，這樣它們就可以執(zhí)行我們?cè)O(shè)計(jì)的功能。

菲利普斯說：“我們已經(jīng)開發(fā)出一種通用工具，研究人員幾乎可以在任何微生物上使用它。” “我們的夢(mèng)想是像維多利亞·孤兒(詹姆斯·歐文(James Irvine)環(huán)境科學(xué)與地球生物學(xué)教授)這樣的人可以下降到海底并攜帶一些從未見過的細(xì)菌，而且我們可以使用它上的工具來確定基因組的序列，但如何調(diào)控。”

在這種新方法中，研究人員對(duì)基因組進(jìn)行了系統(tǒng)的擾動(dòng)，然后觀察會(huì)發(fā)生什么。本質(zhì)上，在基因組中產(chǎn)生了與印刷錯(cuò)誤相當(dāng)?shù)腻e(cuò)誤，并且觀察到這些印刷錯(cuò)誤對(duì)細(xì)胞功能的影響。例如，如果將單詞“ walk”中的字母“ k”替換為字母“ x”以制成“ walx”，則原始單詞的意圖仍然很清楚。如果將字母“ w”替換為“ t”以產(chǎn)生“通話”，則不是這種情況。這表明字母“ w”帶有有關(guān)原始單詞含義的重要信息。

同樣，利用DNA字母對(duì)基因組進(jìn)行更改，可以使研究人員找出對(duì)于正確的“含義”而言最重要的字母。

為了驗(yàn)證他們的方法，Phillips及其同事首先檢查了研究人員已經(jīng)知道如何打開和關(guān)閉20個(gè)特定的大腸桿菌基因。他們的方法正確地表征了這20個(gè)基因。接下來，研究小組繼續(xù)研究了另外80個(gè)尚不為人所知的基因，以了解它們的工作原理。

目前，該方法僅用于細(xì)菌細(xì)胞，但最終Phillips設(shè)想能夠使用該方法的改進(jìn)版本來檢查更復(fù)雜的真核細(xì)胞(例如人細(xì)胞)。

菲利普斯說：“這是一個(gè)由NIH主任先鋒獎(jiǎng)支持的長(zhǎng)達(dá)十年的項(xiàng)目，需要持續(xù)的努力和資金。” “這是沒有快速結(jié)果的項(xiàng)目。”

該論文的標(biāo)題是“解密大腸桿菌的調(diào)控基因組，一次可以啟動(dòng)一百個(gè)啟動(dòng)子。”