弥补科学怪人的遗憾：测序新方法

　　

生物通报道：美国科学怪人，遗传学家Craig Venter对人类基因组计划的完成作出过重大贡献，早在1991年他就开发出了新的测序技术，采用了如“散弹枪”等一系列新的方法，与多国合作小组合作，2001年初完成了99%的人类基因组草图，并在2001年的记者招待会上联合宣布人类基因组测序工作的完成。

Craig Venter曾经乘他自己的快艇在世界各地取样，测序海水样品，希望利用遗传学测序方法了解那些看不到的生态群体，但是这个计划最终未能完成——至今许多未知的物种中仍存在各式各样的神秘DNA片段。

现在来自华盛顿大学的科学家们对湖水中的淤泥（包含比海水更多的微生物群体）进行了分析，并从中发现了一种能“吃”甲烷的细菌。而且更重要的是，这些研究展示了一种测序未知生命的方法。这一成果公布在《Nature Biotechnology》杂志上。

文章作者，华盛顿大学化学工程学研究人员Ludmila Chistoserdova表示，“这项工作说明我们可以进行一个完成未知生物的完整测序工作”，“我们从一个非常复杂的群体中获得了一个完整的基因组，这是之前不能完成的任务。”

目前实验室中发现的微生物只是一小部分，还有99％的微生物我们还没发现。遗传学有一些实验工具可以用于揭示显微镜下的这些微生物群体，但是主要还是依靠一些已知的DNA短小片段，研究人员都在从环境中寻找这些短小片段，进行拷贝，或者扩增。

Chistoserdova说，“当你知道需要什么的时候可以进行扩增，可问题就在于此：当你想要了解一些未知的群体的时候，光是扩增技术就不够了，因为扩增大多用于已知了解的生物，那么如何研究未知生物呢？”

因此研究人员靶向了一种特殊的生物功能：能“吃”单碳复合物，比如甲烷的生物。首先他们从华盛顿湖（Lake Washington）底段收集了一些淤泥样品——这个湖泊是华盛顿第二大湖，是一个典型的淡水湖，淤泥中一些降解的生物能产生一些像是甲烷一样的复合物。然后研究人员将5个不同的用C13进行了标记的食物样品与这个淤泥进行了混和，这样随着淤泥中生物进行代谢，这些重碳分子就渗入到了这些生物的细胞和DNA中。

利用这个5个不同的单碳食物来源，研究人员就能按质量将DNA进行分离，从而了解了哪些生物含有这些稍重的片段。

Chistoserdova等人预计这些原初的淤泥样品包含了大约5000个不同的微生物，但是这5种加重了DNA每一种只包含了约12个生物，之后研究人员将这些含C13的DNA片段组合在一起，获得一个完整的Methylotenera mobilis基因组——Methylotenera mobilis是一种能吃甲胺的微生物，这种微生物的序列是已知的，但是研究小组并没有利用已有的信息获得序列。除此之外，研究人员也获得了一种吃甲烷的微生物：Methylobacter tundripaludum的部分基因组。

这项计划得到了美国国家科学基金，以及能源部的资助。

发现一个生物的完整遗传序列有许多用途，比如说，遗传信息能帮助科学家们在实验室中培养这种微生物，从而进行研究，用于实际用途，也可以作为其它微生物也存在的一个生物信号。了解了大多数重要的生物将有助于我们了解生态循环，模拟微生物群体迁移。

（生物通：张迪）

注：

1.Craig Venter

在过去的几年里，Craig Venter和同事确定出，一种最小的基因组至少需要含有400个基因来维持一个自由生活的细胞。他们通过系统地敲除简单细菌Mycoplasma genitalium（一种通过性传播、感染人类的寄生虫）的基因达到了。


Venter希望能够利用构成DNA的核苷化学合成这个基因组（生命必须基因组），然后将它放入一个细菌细胞中。达到这个目标需要一种替换能用合成的基因组替换掉Mycoplasma基因组的技术。这项新的研究证实这种基因组的移植是有可能的。


Venter的研究组尝试将Mycoplasma mycoides的基因组转移到一个同类病菌M. capricolum中。这两种细菌都能感染山羊、绵羊和牛。依据它们合成的蛋白质，最终得到的这些细胞似乎已经完全变成了M. mycoides种。由于Mycoplasma细胞太小，很难利用机械方法来操作，因此研究人员不得不设计很费事的化学和物理方法来从一种细菌中提取基因组并将其引入到另外一种细菌中。这个过程说起来很容易，但实际操作起来则非常复杂。

Venter之前因希望能够为他的最小基因组申请专利而引发争议，他表示一旦完成了基因组的准备工作，则这项移植技术将会使他们能在很短的时间里合成第一个细菌。他表示，这个过程大概需要数周或数月。

事实上，Venter曾对人类基因组计划的完成作出过重大贡献。1990年，来自法国、德国、日本、中国等六国的科学家组成了一个多国合作小组开展人类DNA测序工作以揭开人类基因组之谜。最初他们希望2005年前能够获得人类DNA序列的图谱, 但是到1997年, 在耗费了巨额资金和一半预定时间之后，多国合作小组仅完成了3%的测序工作。

与此同时, Craig Venter创立了一个名为“Celera Genomics”的风险投资公司并宣称他将在无政府投资条件下早于多国合作小组完成人类基因组计划。就在1991年，Craig Venter开发出新的测序技术。Celera采用了如“散弹枪”等一系列新的方法并很快真的追上了多国合作小组。看到自己即将失利, 多国合作小组在美国总统克林顿的撮合下开始与Celera合作, 在2000年6月完成了90%, 2001年初完成了99%的人类基因组草图. 有意思的是多国合作小组在英国的自然（Nature）上而Celera在美国的科学（Science）上各自独立的在同一周发表论文, 在2001年2月12日的记者招待会上联合宣布人类基因组测序工作的完成.。
 

2.华盛顿湖

华盛顿湖（Lake Washington）是美国华盛顿州仅次于奇兰湖的第二大湖，也是金县最大的湖。华盛顿湖西邻西雅图、东濒贝尔维尤、南接伦顿、北靠肯莫尔，湖的中央还包围着默瑟岛。