基因组编写项目旨在凝聚科学家围绕防病毒细胞

基因组编写项目旨在凝聚科学家围绕防病毒细胞

一组合成生物学家希望保护药物生产设施中使用的细胞免受病毒感染。

BRIAN SNYDER / REUTERS / Newscom
基因组编写项目旨在凝聚科学家围绕防病毒细胞

2016年推出的具有构建大型基因组的雄心勃勃的目标,称为Genome Project-write(GP-write)的合成生物学计划现在正慢慢地具体化。 的之前,GP-write的领导层宣布了一项计划,围绕“社区范围的项目”组织其国际合作者小组:设计抗病毒感染的细胞。

GP-write从头开始设计和组装整个人类基因组的原始提议似乎已经从项目的岩石发布开始逐渐退去,当时其创始人的私人会议引发了对实验室人类的秘密和猜测的指责。 几周后发表在“ 科学”杂志上的 是一项长达十年的努力,旨在将工程和测试由数亿个DNA字母组成的大型基因组的成本降低1000倍以上。

今天宣布的更窄的项目 - 重新设计来自人类和其他物种的细胞基因组,使它们成为“超级安全” - 代表“可以贯穿所有GP-write的主题”,纽约大学Langone医学中心的遗传学家Jef Boeke说。纽约市与哈佛大学遗传学家George Church,纽约市Nancy J Kelley + Associates律师Nancy Kelley以及总部位于加利福尼亚州旧金山的软件公司Autodesk Research的生物技术催化剂Andrew Hessel一起领导该项目。

目前,GP-write和设立管理它的非营利性工程生物学卓越中心并没有为研究人员提供任何资金来实现新项目。 (“我们正在组织自己能够为一个基金会或慈善投资者或政府资助者讲述一个故事,”Kelley说。)但是如果超敏感细胞的目标导致全球合成生物学实验室之间更正式的合作 - 就像几乎完成了Boeke领导的 - 它可以带来实际的回报。 当药物公司用于制造治疗性蛋白质的细胞被病毒污染时,它们有时被迫停止生产。 抗性细胞系将是更安全和更有效的药物工厂,可能需要较少的监测。

更广泛地说,该项目可能有助于研究人员超越编辑工具,例如通常在几个特定位置调整DNA的编辑工具,以及更广泛的基因组重新设计,耶鲁大学的生物工程师,GP-成员Farren Isaacs说。编写选择该项目的科学执行委员会。 他设想未来的努力“重写基因组......将全新的功能赋予[有机体]”,例如仅在生物防护实验室严格控制的环境中茁壮成长的能力。 除了病毒抗性之外,GP-write组织者还在考虑其他超敏感细胞特征,例如对癌症突变,辐射和冷冻的抵抗力。

防病毒遗传密码

使细胞不受病毒侵害将需要“重新编码” - 改变三字母DNA序列,称为密码子,编码蛋白质的氨基酸构建块。 因为多个密码子可以代表相同的氨基酸,研究人员可以交换冗余密码子并仍然保留细胞的重要功能。 通过完全消除某些密码子,研究人员可以安全地摆脱一些用于将这些密码子转化为蛋白质的细胞机器 - 病毒在劫持细胞并试图复制时依赖于解码自己的基因。 重新编码的细胞无法接收病毒,因为“它基本上会说另一种语言”,德国马尔堡菲利普斯大学的染色体生物学家Torsten Waldminghaus说,他没有参与GP写作。

根据GP-write今天发布的消息,使人类细胞具有抗病毒性至少会导致400,000个基因组变化。 Isaacs说,根据新基因组的设计方式,该项目可能仍然严重依赖于编辑 - 在这里和那里用几个字母调整现有的DNA序列。 但是要将密集的密码子换成基因组的某个部分 - 或者在将来进一步插入全新的基因组 - 研究人员将不得不在更大范围的实验室合成DNA中进行设计和运输。

该项目可能需要在GP-write的创始人和领导者的实验室中诞生的技术。 艾萨克斯于2005年开始进行实验,重新编写大肠杆菌细菌基因组,作为教会实验室的博士后研究员。 在2013年的一篇论文中,Isaacs,Church及其合作者在大肠杆菌中交换了单个密码子的所有321个实例,使其对某些病毒具有抗性。 这两个实验室正在努力去除其他大肠杆菌密码子。

“它在大肠杆菌中发挥作用,我希望它也可以在人体细胞中发挥作用,”Waldminghaus谈到了重新编码的想法。 “这并不是新的科学见解......但我仍然认为这是值得的。”

实际问题仍然存在

目前尚不清楚这个社区范围的项目将如何执行。 希望优先考虑人类和小鼠基因组进行重新编码的Boeke希望在今天的会议上收集反馈并评估潜在合作者的兴趣。 如果新项目以正在进行的酵母基因组计划(称为Sc2.0)为模型,那么选择加入的团体将为其份额提供资金并通过染色体划分工作。 (“我认为较小的染色体可能存在很多竞争,”Boeke说。)

Boeke预计Sc2.0没有面临的其他挑战。 酵母项目涉及“一个相对较小的团队,它们能很好地协同工作”,他说。 “我不一定预料到这个更大,更多样化的群体会变得如此简单。”GP-write在其参与者中有近200名科学家,其中一些人已经自组织成9个“工作组”来处理主题从技术和基础设施发展到项目的道德,法律和社会影响。 自 ,这些团体一直在为今后的工作开发“章程”和“路线图”,他们将在今天展出。

知识产权方面的考虑也可能使项目复杂化。 “合成生物学和合成基因组学一般都有很多知识产权[知识产权],”Boeke说,“人类的收益可能远高于酵母。”Isaacs指出,哈佛,耶鲁和麻省理工学院剑桥的技术都拥有与重新编码相关的专利。 但在GP-write的工作组中,有一个知识产权团队正在探索GP-write中使用的技术以及它可能激发的任何未来突破 - 将被分享。