译：DoubleHelix
想象一下一个文字处理器，它允许你改变字母或单词，但当你试图剪切或重新排列整个段落时却犹豫不决。生物学家几十年来一直面临这样的限制。他们可以在细胞中添加或禁用基因，甚至-使用基因组编辑技术CRISPR-在基因内进行精确的改变。这些能力导致了重组DNA技术，转基因生物和基因疗法。但是，一个长期寻求的目标仍然遥不可及：在大肠杆菌(Escherichia Coli，这是一种主要的细菌)中操纵更大的染色体。现在，研究人员说，他们已经改编了CRISPR，并将其与其他工具结合起来，可以轻松地剪切和拼接大的基因组片段。
纽约罗切斯特大学(University Of Rochester)合成生物学家安妮·迈耶(Anne Meyer)表示：“这篇新论文令人难以置信，是合成生物学向前迈出的一大步。”她没有参与本周发表在“科学”(Science)杂志上的这篇论文。她说，这项技术将使合成生物学家承担起“巨大的挑战”，例如“将信息写入DNA并将其存储在细菌基因组中，或者创造新的杂交细菌物种，这些细菌物种可以进行新颖的[代谢反应]，用于生物化学或材料生产。
经过考验的真正的基因工程工具根本无法处理长片段的DNA。限制性内切酶是切割DNA的标准工具，它可以剪断大块的遗传物质，并将两端连接起来形成小的圆形片段，这些片段可以从一个细胞移到另一个细胞中。(在被称为内切酶的其他酶破坏它们之前，线状DNA的延伸不会存活很久。)。但是圆圈最多只能容纳几十万个碱基，合成生物学家经常想要移动包含多个基因的染色体的大片段，这些染色体可以有数百万个碱基，甚至更长。英国剑桥医学研究委员会(MRC)分子生物学实验室的合成生物学家Jason Chin说：“你不能将非常大的DNA片段进出细胞。”
更重要的是，那些切割和粘贴工具无法精确定位，它们会在剪接位点留下不需要的DNA-相当于遗传疤痕。随着进行更多的更改，错误会累积起来。另一个问题是传统的编辑工具无法忠实地将大段粘合在一起。加州大学欧文分校(University of California，Irvine)的合成生物学家刘畅(Chang Liu)表示，当生物学家想要对生物体的基因组进行成百上千的改变时，这些问题可能会成为破坏协议的因素。 现在，Chin和他的MRC同事报告说，他们已经解决了这些问题。首先，研究小组对CRISPR进行了改造，在不留下疤痕的情况下精确地切除了很长一段DNA。然后，他们改变了另一种著名的工具，一种叫做lambda红色重组酶的酶，这样它就可以将原始染色体的末端-减去去除的部分-粘回到一起，以及融合去除的部分的末端。DNA的两条环链都受到内切酶的保护。这项技术可以在其他细胞中创造不同的环状染色体对，然后研究人员可以随意交换染色体，最终将他们选择的任何片段插入到原始基因组中。刘说，“现在，我可以在一个片段上做一系列改变，然后再在另一个片段上进行调整，并将它们组合在一起。这是一件大事” 刘和其他人说，新的工具将通过使改变微生物产生的蛋白质水平变得更容易来支持工业生物技术。他们还承诺以一种简单的方式大规模重写细菌基因组，Meyer补充道。一个这样的项目旨在改变基因组，使它们不仅可以编码蛋白质的正常20个氨基酸，而且可以编码整个基因组中大量的非天然氨基酸。这可能导致合成的生命形式能够产生远远超出自然有机体所能达到的分子。
