遗传学大牛开发全能型检测技术

在生物学、生物技术和合成生物学领域，检测特定小分子的能力是非常重要的。举例来说，合成生物学项目往往致力于将将细胞变成生产小分子的工厂，这些工厂需要不断的优化。“很多时候我们能够制造有价值的化合物，但是产量非常低，”哈佛大学George Church实验室的博士后Dan Mandell说。

研究者们会通过各种各样的尝试提高产量，却无法快速确定自己成功与否。质谱分析检测小分子产量是非常灵敏和可靠的，但这种技术太麻烦了，成本高而且速度慢，Mandell指出。目前只有少数几种化合物拥有自己的生物感应器。

Mandell及其同事为此开发了一个通用的模块化系统，理论上能为任意小分子制造感应器，而且适用于任何一种细胞。这个系统的关键在于构建条件稳定的配体结合域（LBD），LBD能够牢固结合目标小分子，在没有小分子的情况下迅速降解。将LBD与荧光蛋白或是驱动报告基因转录的蛋白融合，小分子的出现就会带来容易检测到的信号。这个研究团队已经打造了针对地高辛和孕酮的LBD，将它们制成了在酵母、人类细胞和植物中进行检测的感应器。

著名遗传学George M. Church是哈佛医学院的遗传学教授、Wyss研究所的核心成员。他被誉为是个人基因组学和合成生物学的先锋。1984年，Church和Walter Gilbert发表了首个直接基因组测序方法，该文章中的一些策略现在仍应用在二代测序技术中。此外，如今的多重化分子技术和条码式标签也是他发明的，Church还是纳米孔测序技术的发明者之一。

2013年Church领导哈佛医学院的研究团队重新编码了大肠杆菌的基因组。这是世界上首个基因组被重新编码的生物，而这种生物需要受到严格的控制。去年，Church团队终于解决了这个问题。他们进一步改造了E.coli菌株，将一种人工合成的氨基酸整合到基因组中。如果没有这种氨基酸，细菌就不能将RNA翻译成正确折叠的蛋白。这种人造氨基酸不存在于自然界中，E. coli本身也无法合成它，只能从特殊的人工培养基中获得。

之后不久，Church和麻省理工的Ron Weiss领导研究团队在Nature Methods杂志上发布了双重功能的CRISPR-Cas9系统，该系统能够同时实现基因组工程和基因调控。研究人员使用经过改造的引导RNA和化脓性链球菌（Streptococcus pyogenes）的Cas9蛋白，在切割特定基因的同时调控了其他基因的表达。

经济高效的单分子测序平台能为人们提供很大的帮助。为此，Church教授与哥伦比亚大学的车靖岳（Jingyue Ju）合作开发了基于纳米孔的单分子边合成边测序（SBS）系统。今年四月他们对这一测序技术进行升级，打造了高通量的单分子纳米孔测序平台。这一重要成果发表在美国国家科学院院刊PNAS杂志上。