“基因线路重构”赋予细菌新能力

参考消息网8月23日报道 据欧洲新闻社8月21日报道，由西班牙国家研究委员会和巴塞罗那超级计算中心领导的研究团队，开发出一种基因重组新策略，无需像生物技术领域常规操作那样插入外源基因即可对细菌进行基因重新编程。这项名为“基因线路重构”(GenRewire)的技术，能重新定向基因组的蛋白质功能以开发新能力，同时保持其自然运作机制。

研究人员指出，生物技术领域通常通过基因工程赋予细菌新能力，例如生产具有工业或医疗价值的物质，或降解环境污染物。但迄今为止，改变细菌细胞功能仍需通过质粒等外源遗传物质导入实现。

与传统基因工程技术不同，这项发表于美国《生物技术趋势》杂志的研究提出了范式转变：“我们的方法基于一个简单理念：如果天然蛋白质可通过计算重新设计获得新功能，就无需用外源元素打破细胞遗传平衡。”该研究协调人、西班牙国家研究委员会专家曼努埃尔·费雷尔解释道。

为验证该技术，科学家成功使大肠杆菌获得降解纳米级PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)塑料颗粒的能力。这些广泛存在于包装和纺织行业的纳米塑料，已成为对环境和健康产生严重影响的新型污染物。

该突破通过重新编程细菌的两种蛋白质实现，无需插入外源基因。巴塞罗那超级计算中心研究员维克托·瓜利亚尔强调：“我们的方法独特之处在于结合人工智能、超级计算模拟和精准基因编辑，将新活性整合至天然蛋白质中。”经修饰的蛋白质在基因组中替代原始蛋白质，使细胞保持生物平衡。

“基因线路重构”技术操作简便：首先通过超级计算机分析基因组编码的蛋白质，随后利用计算工具对其进行重新编程以实现目标功能。该研究第一作者霍安·希门尼斯表示：“借助AI结构方法、机械模拟算法及MareNostrum 5超级计算机的强大算力，我们仅用三四周就完成了虚拟细菌的重新编程。”

与传统方法相比，“基因线路重构”在不引入外源DNA的前提下实现同等效果。该研究共同第一作者葆拉·比达尔和劳拉·费尔南德斯指出：“这避免了细菌生长受限或系统不稳定的问题。我们证明了从内部重新设计细菌的可能性，无需通过外源元素改变其本质。”

研究人员表示，该技术可补充经典代谢工程，使大肠杆菌等微生物不仅能降解塑料，还能将废料转化为高价值产品。此法未来可应用于其他生物体，成为无需外源蛋白或基因即可重新编程基因组的关键工具。“应用于人类基因组或农作物时，不仅能降低免疫排斥风险，还有助于克服使用外源DNA时通常面临的法律与伦理障碍。”（编译/韩超）

图片说明：研究团队发现无需插入外源基因即可对细菌进行基因重新编程（欧新社）