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Nature:扩大DNA遗传密码,让细胞合成新型蛋白

来源:本站原创 2017-12-01 17:35

2017年12月1日/生物谷BIOON/---科学家们正在扩大生命的遗传密码:利用人造的DNA构建半合成的细菌菌株。一项新的研究表明这些半合成的细菌实际上能够产生不能在自然界中发现的蛋白。这是开发定制药物(designer drug)的第一步。相关研究结果于2017年11月29日在线发表在Nature期刊上,论文标题为“A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information”。
图片来自Bill Kiosses/The Scripps Research Institute。

高中生物学的首批课程之一就是:所有生命都是由4种DNA构成元件(即碱基A、T、C和G)组成的。通过互补配对,它们形成DNA双螺旋结构。如今,人们有了新的碱基。

来自美国克里普斯研究所的研究人员扩大了遗传密码字母表:构建出两种新的DNA碱基,即X和Y。几年前,他们利用一种常用于实验室研究的大肠杆菌,培育出一种新的菌株,该菌株含有天然的DNA和这种新的人工碱基对(X与Y配对),从而在它的细胞中储存额外的遗传信息。

下一个挑战就是正常的DNA含有细胞表达蛋白的编码信息,但是携带这种奇怪的基因组杂合体的细胞也以相同的方式发挥作用吗?

不出所料,在这项新的研究中,这些研究人员报道,当这些发生变化的细胞表达一种含有非天然氨基酸的绿色荧光蛋白时,它们产生了绿色荧光。

论文通信作者、克里普斯研究所化学家Floyd Romesberg解释道,“我们能够利用比正常时更多的碱基产生更多的蛋白。”

他说,尽管对这些发出绿色荧光的细菌进行编程提供证据表明这种方法是可行的,但是最终“我们想要让蛋白具有新的功能。”

这是合成生物学的一个终极目标:设计出不按自然本来的方式发挥作用的有机体,这样科学家们就能够利用它们开发定制药物、生物燃料或一系列其他的产品。克里普斯研究所将这种技术许可给Romesberg联合创立的Synthorx公司,该公司旨在开发新的基于蛋白的药物。

这项新的研究追踪了这种发生改变的大肠杆菌读取这两种人工遗传密码并将它们表达到新的蛋白中的生物学过程,而且其效率与使用正常的DNA时的一样。

美国纽约大学合成生物学研究员Jef Boeke(未参与这项研究)说,这个平台提供一种增加活细胞中表达的蛋白多样性的方法。

Boeke说,“以一种非常引人注目的和不同寻常的方式在这种细菌菌株的基因组中的一些位点上引入这两种新的碱基,从而对它进行遗传修饰。这就是它与当前地球上的所有其他的有机体的不同之处。”(生物谷 Bioon.com)

参考资料:

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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