合成生物学重大突破 人工蛋白维持生命

【字体: 时间:2011年01月10日 来源:生物通

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  近日普林斯顿大学的科学家们首次成功地构建了维持活细胞生长的人造蛋白质,这一开创性的研究成果有可能在未来帮助科学家们构建出新的生物系统。研究论文在线发表于1月4日的《公共科学图书馆》(PLoS ONE)期刊上。

  

    生物通报道  近日普林斯顿大学的科学家们首次成功地构建了维持活细胞生长的人造蛋白质,这一开创性的研究成果有可能在未来帮助科学家们构建出新的生物系统。研究论文在线发表于1月4日的《公共科学图书馆》(PLoS ONE)期刊上。

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    在论文中普林斯顿的研究人员称他们构建了自然界中前所未见的遗传序列,并利用这些序列生成了可维持细胞生命的物质。“尽管这些物质是通过人造基因表达出来的,但是研究结果表明这些物质能够在活体生物中很好地发挥作用,”研究的负责人,普林斯顿大学化学系教授Michael Hecht说道:“这一研究向我们表明除了自然界中已经存在的生物零件例如基因和蛋白质,其他的分子物质也可以用于装配生命。”

    合成生物学是近年来新兴的一个研究领域,被誉为第四次科技浪潮中的弄潮儿。合成生物学的科学家们致力于设计和构建自然界中并不存在的生物零件、组件和系统。从生命的最基本元素开始,其最终目标是构建出人工的生命系统。

   “我们的研究代表着合成生物学领域的又一个重大突破,它表明构建出能维持细胞生命的人造基因组是完全可以实现的,”Hecht说:“过去几乎所有合成生物学的研究都集中于将自然生物系统中现有的、天然存在的生物元件进行重新设计和改造。我们的研究结果表明不从自然界获取,而是通过实验室设计的方式生成的大分子也能够提供生物功能。“

    基于他们在新研究中取得的成果,Hecht和学生们已开始着手在分子水平上对一些生物进程展开研究,以确定哪些生物进程在基础水平上推动了蛋白质的常规折叠,以及某些关键序列在生存中发挥重要作用的原因。

   “蛋白质是生物体功能最重要的执行者,而氨基酸则是组成蛋白质最基本的物质。尽管参与蛋白质合成的氨基酸只有20多种,但是自然界的蛋白质却种类繁多。随着氨基酸种类、数量和排列次序的不同,每一种组合生成的都是一种独特的蛋白质。假设一个蛋白质是由100个氨基酸组成,我们知道大部分蛋白质远比这更长,那么就有可能产生天文数字的不同的蛋白质序列,”Hecht说:“而我们知道人类产生的蛋白质种类仅有大约10万种,这些蛋白质是如何进化产生的?这些特异的蛋白质特殊在何处?我们是否有机会获得更多的、未进化产生的蛋白质,并证实它们也能同样极好地发挥功能?”

    在新研究中Hecht和他的研究小组着手构建了自然界未见的遗传序列,并以此生成了人造蛋白质。此外他们还设计了大约100万种氨基酸序列,以用于折叠形成具有稳定三维结构的蛋白质。

   “这些人造基因编码的信息与自然基因的信息完全不同或者说是毫不相关,然而我们却以此获得了活的功能性的微生物,这是多么有趣的事情啊,”论文的共同作者Michael Fisher说道。

    研究小组在成功获得一系列新的人造蛋白质后,紧接着研究人员将这些蛋白质导入到天然基因敲除的各种突变细菌株中。在预定条件下例如有限的食物供应,导入蛋白质的突变细菌获得了生存,而那些敲除基因的细菌则死亡了,这表明是人造蛋白维持了活细菌的生长。
进而科学家们又利用一系列的实验检测了不同蛋白质的作用,研究人员发现本应死亡的几种不同的细菌株在获得实验室设计的新蛋白质后均存活了下来。

   “这些人造蛋白质与任何已知的功能序列毫不相干,然而它们却能够维持生命,”Hecht说道:“这确实是非常令人兴奋的结果,这同时标志着合成生物学研究又向前迈出了重大的一步。”

(生物通:何嫱)

 

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