美国研究人员开发出一种称为多重自动基因工程技术（MAGE）的细胞编程新方法，通过平行编辑多重基因，可快速进行细胞定制。他们仅用3天时间就将大肠杆菌细胞转变成一个生产化合物的高效工厂，而大多数生物科技公司要完成这一任务需要几个月或几年的时间。该研究成果刊登在7月26日的《自然》杂志网络版上。
随着生物技术的发展，高通量基因测序技术使得生物学家可以每小时扫描数百万个DNA字母或碱基。但当他们要修正一个基因组时，往往会遇到阻碍，而过时的细胞编程技术更加大了修正的难度。
为了缩小DNA测序技术和细胞编程技术之间的差距，加快细胞编程速度，以快速设计出细胞的新功能或提高现有细胞功能，美国哈佛医学院遗传学教授乔治•丘奇领导的研究小组寻求利用基因和基因组信息，来开发新的细胞编程工具。新技术的关键在于，如何摆脱线性基因工程技术的束缚，超越目前的串行操纵单个基因模式。
研究人员选定大肠杆菌作为实验对象。他们将几个基因引入到大肠杆菌的环状染色体中，诱使其产生番茄红素——胡萝卜素的一种，具有极强的抗氧化活性。接下来的任务就是想办法调整细胞来增加这种化合物的产量。
传统上，可利用DNA重组技术，也称为基因克隆技术，来完成该类转化。但这种技术的程序相当复杂，包括分、切、连、转等多个环节。丘奇教授领导的研究小组则采取了不同的方法。研究论文的作者之一哈里斯•王强调，基因功能不是孤立的，而是相互依存的。克隆经常会使研究人员忽略了基因的相互依存性，以至于过于简单地看待细胞系统。他们有可能忘记，某一个突变可能会增强或削弱另一个突变的效果。而该论文的另一位作者法伦•艾萨克斯则指出，要预测哪一种变异组合会带来预期的性能几乎是不可能的，生物学如此复杂，根本无法找到这个问题的最优解。
因此，研究小组将工程师的逻辑性与生物学家对复杂事物的理解力有效结合起来。他们重组了进化路径，以前所未有的速度创造出遗传多样性，从而增加了发现具有特定属性细胞的几率。
研究人员从大肠杆菌4500个基因中选取了24个基因，将它们的DNA序列分成易于处理的90个字母片段，然后对每一个片段进行修改，以产生一系列的基因变异。接下来，利用这些特定的序列，研究人员制成数千个独特的基因结构，将它们重新插回细胞，以使自然的细胞机制能吸收这些改进了的遗传物质。
实验表明，有些细菌会和一个新结构融合，有些细菌则可以和多个新结构融合。在所产生的细胞中，有些比其他细胞能产生更多的番茄红素。研究小组从这些细胞中提取出最好的"生产者"，不断重复同样的过程，以使这一"生产机械"更加精细完善。而为了使实验更容易，所有这些步骤都是自动操作进行的。
通过加速进化，研究小组在3天内创造出多达150亿个基因变异，而番茄红素的产量则提高了5倍。而如使用传统的克隆技术创造这150亿个基因变异，需花费数年的时间。
报道指出，该研究小组的新路径在合成多种宝贵化合物的过程中会起到很重要的作用，那些经过重新编程的细菌也具有多种用途。MAGE平台将会给生物技术学，尤其是合成生物学的发展，带来强有力的推动。正如丘奇教授所言，MAGE这种自动化、多元化的技术将有助于研究人员设计出完整的研究路径和基因组，将把细胞编程技术带到一个全新的水平。（刘海英）
脱氧核糖核酸（DNA）测序技术的改进正使得读取基因组变得更加快捷和廉价。然而在微生物和其他有机体中改良基因，却依然需要漫长及艰辛的努力。如今，研究人员报告说，他们找到了一种新的方法，能够同时修改几十亿个微生物的基因组，并且使其中的一些微生物出现最使人感兴趣的变化。由于这项技术很有可能对大多数的基因组产生作用，因此它将加快对微生物的改造，其范围从开发新的治疗药物到生产海量的生物燃料。
改良有机体的遗传物质已经成为现代生物工程学的重要组成部分。科学家通过引入新基因和基因组，进而使有机体产生新的蛋白质，抑或改变现有基因，从而改进它们在细胞中的活性。一旦新的基因被引入同时被细胞复制，则拷贝将被暴露在诱变剂下，后者能够在前者的DNA中导致随机变化，而其中的一些变化是有益的。但是在许多情况下，科学家更希望能够指示这些突变发生在基因组的特定区域，同时在若干个位点发生变化。
为了实现这一目标，由美国哈佛大学的合成生物学家George Church领导的一个研究小组研制出了一种高速新技术，名为瞄准突变的复合自动化基因组工程。研究人员首先在大肠杆菌中引入了3种基因，从而使得这种细菌能够形成一种抗氧化剂——番茄红素。随后，研究人员对他们怀疑可能产生了变化，从而改善了微生物的番茄红素产出能力的大肠杆菌基因组中的24个区域进行了鉴别。研究人员合成了单链DNA，即oligo的片段，每个片段都携带了单一的突变。他们分别使每一个oligo附着在24个靶点区域上。最终，研究小组将目标细胞置入一个强电场之中。此举暂时在细胞膜上形成了空洞，从而使oligo能够在细胞内散播，并滑入细菌的DNA。
研究人员日前在《自然》杂志网络版上报告了这一研究成果，他们在24个位点上制造了约142亿个不同的突变。与原始的微生物相比，这种做法使得大肠杆菌产出的番茄红素是前者的5倍之多。最后，研究人员测定了番茄红素最佳产出细菌的基因组，从而找出了提高产量的确切突变。
美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的生物工程学家James Liao指出："这一概念非常完美。"他说，由于这项技术的高速以及靶点的进化，他希望能在自己的实验室中使用这项技术，从而找到能够更有效地产出生物燃料的微生物。但是Liao认为新技术的用处还不止于此。他说："这是一种普适的方法。它将在使用者那里得到应用。"
