科學也可以如此靠近

Nature:擴大DNA遺傳密碼,讓細胞合成新型蛋白


2018年4月02日16時 今日科學 生物谷
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科學家們正在擴大生命的遺傳密碼:利用人造的DNA構建半合成的細菌菌株。一項新的研究表明這些半合成的細菌實際上能夠產生不能在自然界中發現的蛋白。這是開發定製藥物(designer drug)的第一步。相關研究結果於2017年11月29日在線發表在Nature期刊上,論文標題為「A semi-synthetic organism that stores and retrieves

increased genetic information」。

圖片來自Bill Kiosses/The Scripps Research Institute。

高中生物學的首批課程之一就是:所有生命都是由4種DNA構成元件(即鹼基A、T、C和G)組成的。通過互補配對,它們形成DNA雙螺旋結構。如今,人們有了新的鹼基。

來自美國克里普斯研究所的研究人員擴大了遺傳密碼字母表:構建出兩種新的DNA鹼基,即X和Y。幾年前,他們利用一種常用於實驗室研究的大腸桿菌,培育出一種新的菌株,該菌株含有天然的DNA和這種新的人工鹼基對(X與Y配對),從而在它的細胞中儲存額外的遺傳信息。

下一個挑戰就是正常的DNA含有細胞表達蛋白的編碼信息,但是攜帶這種奇怪的基因組雜合體的細胞也以相同的方式發揮作用嗎?

不出所料,在這項新的研究中,這些研究人員報導,當這些發生變化的細胞表達一種含有非天然胺基酸的綠色螢光蛋白時,它們產生了綠色螢光。

論文通信作者、克里普斯研究所化學家Floyd Romesberg解釋道,「我們能夠利用比正常時更多的鹼基產生更多的蛋白。」

他說,儘管對這些發出綠色螢光的細菌進行編程提供證據表明這種方法是可行的,但是最終「我們想要讓蛋白具有新的功能。」

這是合成生物學的一個終極目標:設計出不按自然本來的方式發揮作用的有機體,這樣科學家們就能夠利用它們開發定製藥物、生物燃料或一系列其他的產品。克里普斯研究所將這種技術許可給Romesberg聯合創立的Synthorx公司,該公司旨在開發新的基於蛋白的藥物。

這項新的研究追蹤了這種發生改變的大腸桿菌讀取這兩種人工遺傳密碼並將它們表達到新的蛋白中的生物學過程,而且其效率與使用正常的DNA時的一樣。

美國紐約大學合成生物學研究員Jef Boeke(未參與這項研究)說,這個平台提供一種增加活細胞中表達的蛋白多樣性的方法。

Boeke說,「以一種非常引人注目的和不同尋常的方式在這種細菌菌株的基因組中的一些位點上引入這兩種新的鹼基,從而對它進行遺傳修飾。這就是它與當前地球上的所有其他的有機體的不同之處。」

參考資料:Yorke Zhang et al. A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information, Nature (2017). DOI: 10.1038/nature24659


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