果蠅果蠅屬的基因組不再是一串神秘地導致特定眼睛顏色、翼展或肌肉組織的鹼基。 一種名為 P[acman]（用於操作的 P/ΦC31 人工染色體）的 DNA 重插入新方法可以使大約 99.9% 的果蠅屬遺傳密碼向遺傳學家開放以供檢查。來自貝勒醫學院的研究小組在本週的《科學》雜誌上揭示了他們的創新。
過去，分析基因組的結構和功能一直是一個冒險的過程。 一旦觀察到突變並確定某個基因是罪魁禍首，生物學家就會敲除該基因並引入不同的版本，以觀察它們可以誘匯出什麼表型。 但是，現有的將缺失的 DNA 重新引入基因組的方法存在兩個主要問題：首先，轉基因通常最終出現在基因組的隨機部分，在那裡，相鄰的 DNA 會調節其表達——這種現象被稱為位置效應。 “這很成問題，”該研究的主要作者、遺傳學家雨果·貝倫解釋說，“你開始比較蘋果和橘子了。” 他指出，有時引入後可能會出現表型，有時可能看不到任何效果，但科學家無法確定這是為什麼。 此外，研究人員很難插入和操作大的 DNA 片段（大於 30 千鹼基），因為細菌被用作 DNA 的載體。 具體而言，細菌將基因整合到稱為質粒的環狀 DNA 分子中，質粒將遺傳片段攜帶到果蠅的基因組中。 然而，細菌會複製許多質粒； 由於周圍有如此多的複製，它們經常開始重組，“你不知道你得到了什麼，”貝倫指出。
據貝倫稱讚為該研究的動力和領導者的研究生科恩·J. T.·範肯稱，貝勒團隊開發的新方法主要旨在克服先前技術的尺寸限制。 範肯首先尋找一種可以有效處理大量 DNA 的載體，最終選擇了細菌人工染色體，這種染色體是幾年前設計的，已知僅維持少量 DNA 複製（儘管如果誘導它可以產生大量複製）。 染色體被放入細菌中，整合到細菌載體中——這一過程稱為“重組工程”。 “這種方法非常重要，因為它允許你非常快速地將幾乎任何 DNA 片段整合到這些載體中，”貝倫評論道，他表示這項技術還允許科學家在基因中放入單點突變，然後將基因重新插入基因組，以及用熒游標記標記 DNA 片段。
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一旦載體準備就緒，貝勒團隊希望能夠每次都將其引導到基因組的特定部分，因此他們轉向了一種稱為 ΦC31 的技術，已知該技術在人類和小鼠細胞中有效。 貝倫和範肯將人工對接位點連線到噬菌體（一種靶向細菌的病毒），他們將其引入細菌和果蠅基因組中，作為植入後者基因組的 DNA 片段的粘附點。 “看來整個果蠅屬界都在轉向 ΦC31，因為它既更有效率，又是 100% 位點特異性的，”斯坦福大學的遺傳學家米歇爾·卡洛斯指出，她是哺乳動物細胞中 ΦC31 整合方案研究的先驅。 她補充說，這項研究“將鼓勵人們在其他生物體中使用 ΦC31 來處理更大的片段。”
印第安納大學的生物學家托馬斯·考夫曼讚揚了貝倫團隊克服了先前基於載體的 DNA 匯入的尺寸限制和定位特異性。 “它為分析打開了基因組的另一個區室，”他說。 “這是該模型系統中可用的轉基因技術的一個進步，它開闢了新的分析途徑。” 貝倫補充說，除其他外，該方法消除了重複重新引入相同轉基因並尋找平均效應的需要：“現在你只需要一個轉基因，因為如果你注入到同一位點，你將始終具有相同的表達水平和相同的位置效應。 因此，你不再比較蘋果和橘子了，你比較的是具有細微變化的相同基因。” 貝倫聲稱，新方法將適用於長度達 150 千鹼基的 DNA 片段——果蠅基因組由估計 14,000 個基因組成，據貝倫稱，其中只有 10 個基因太大而無法用 P[acman] 操作。 他還認為，該技術將非常有效地用於研究大多數其他模型生物（包括實驗小鼠）中蛋白質的結構和功能。