[生物通讯]当今生物学与医学科学中，最强大的工具之一就是人工除去或补充DNA片段到生物体基因组中的能力。这个能力已帮助科学家了解了许多由于基因缺陷引起的问题，如今基因缺陷已与数千种疾病联系在一起。迄今这种增删DNA的技术还只局限于小DNA片断。但4年前，德国海德堡欧洲分子生物学实验室的Francis Stewart 和他的同事发明了一种可以改造细菌中更长片段的DNA的新技术。现在德国生物技术大学工作的原欧洲分子生物学实验室研究人员又用这一个方法改造了一个小鼠基因，使其产生一系列复杂变化，目的是能对人类的白血病有更多了解。他们的研究结果发表在最新一期的《自然生物技术》（Nature Biotechnology）上。

在过去的20年里，研究人员已学会将细菌用作“复制机器”，复制提取自其它生物的DNA。这是生物技术一次飞跃，因为大多数类型的研究都需要某一分子的数十亿拷贝用于研究。然而，这也存在一个局限：研究人员需要精确改变DNA分子，而对于大分子而言，复制出这么多拷贝极为困难。

Stewart和他的同事认为，细菌经过培训，可以做得更好，因此他们借用了小鼠和酵母等生物使用的一个修复断裂DNA的策略。称为重组酶的蛋白在细胞中循环，寻找序列熟悉的松散DNA片段。

“重组酶认定，这些片段已被错误地剪切出DNA，因而它们竭力将片段重新粘到基因组的正确位置上。”该研究的领导人 Giuseppe Testa说。“有时这些重组酶有点勤奋过头了，它们会将看上去完全正常的片段如研究人员导入到细胞中的一个基因变异也重组到基因组中。”

这个过程称为同源重组，它的运行有点象计算机程序中的“查找和替换”命令。想象一下你打了满篇“Stephen Q. Gould”，然后突然发现中间的字母应该是“J”。计算机可以接受命令查找"Stephen" 和 "Gould"，然后替换二者之间的字母。同样，重组酶也是先找到一个目标靶左右可识别的DNA序列，然后用新序列替换左右可识别DNA之间的片段。

同源重组已知发生于细菌中，但不可能将其用于DNA改造，象酵母和小鼠干细胞中的那样。Stewart的研究小组决心找到一个能够完成此任务的细菌株。“我们尽可能订购各种类型大肠杆菌（E. coli）株。”他说。“经过了5个月的工作，我们实验室的博士后研究人员Youming Zhang终于找到了这样一个菌株。”

研究小组迅速识别出有关的细菌因子，将它们转化为一个新工具－－Red/ET重组，该技术现在正被全世界的生物学家采用。该技术是Stewart与它在欧洲分子生物学实验室的同事创立的生物技术公司－－基因桥GmbH的一个中流砥柱。该公司致力于开发这个技术突破的商业用途。

“我们一直致力于对该技术进行改进，使其可以在越来越大的DNA片段中工作。”Testa说。“我们最新的计划就是改造细菌的一条全长染色体。我们构建了一个复杂的大‘匣子’，现在我们已经将这个匣子插入到小鼠中，替代正常基因。”

研究人员选择的基因叫做混合世袭白血病基因（mixed-lineage leukemia ，Mll)，已知白血病儿童携带该基因的缺陷版本。研究希望通过插入该基因的人工版本到小鼠中能够揭示Mll缺陷是如何导致白血病的。“这个基因的许多地方都可能发生故障。”Testa，“我们想构建一个使我们能够尽可能检测到多方面问题的版本。”

插入到小鼠中的人工Mll基因允许研究人员进行各种实验。它的遗传序列中含有两个与白血病有关的缺陷。这个匣子还含有允许每个缺陷在研究人员需要的任何时候被“打开”的控制开关；当然，它们也可以被关闭。“我们可以独立研究每一个突变，也可以观察它们一起时是怎样活动的，还可以控制每一个缺陷活动的时间。”Testa说。“这将使我们对多个基因缺陷之间的微妙关系有一个新认识。”

许多疾病都是与某一个基因突变有关；然而，疾病易感性往往还取决于其它序列变异，也就是我们所说的多态性。“Mll匣子大体上展示了研究兴趣基因的一个突变及其相关多态性的简便方法。”Testa说。“这种制造小鼠模型的方法对于构建人类疾病易感性和生物体对药物反应方式的可信模型将会越来越重要，我们认为我们的工作展示了建立这些模型的方法。”

这项新研究还预示着基因组工程新时代的来临。“Mll匣子是首次展示我们可以如何操作大DNA分子。”Stewart说。“Red/ET重组增加了DNA的大小，使其可以轻松被改造十多次。”（生物通编译，未经授权，请勿转载）