Nature里程碑成果:第一次用全新的DNA碱基在活细胞中制造蛋白

【字体: www.ebiotrade.com 时间:2017年12月1日 来源:生物通

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  在过去的几十亿年里,生命体所采用的DNA“语言”十分贫乏,现在来自Scripps研究所的一组研究人员打破了常规,给生物学有限的词典中增加了新的“字母”——Floyd Romesberg等人在大肠杆菌细菌细胞的DNA中,加入了两种外源化学碱基,之后细胞再将这些非天然氨基酸插入到荧光蛋白中,完成了活细胞DNA转录与蛋白翻译。

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  生物通报道:在过去的几十亿年里,生命体所采用的DNA“语言”十分贫乏,现在来自Scripps研究所的一组研究人员打破了常规,给生物学有限的词典中增加了新的“字母”——Floyd Romesberg等人在大肠杆菌细菌细胞的DNA中,加入了两种外源化学碱基,之后细胞再将这些非天然氨基酸插入到荧光蛋白中,完成了活细胞DNA转录与蛋白翻译。

这一重要的合成生物学成果公布在11月29日(美国时间)的Nature杂志上。

腺嘌呤(A),胸腺嘧啶(T),胞嘧啶(C)和鸟嘌呤(G)组成了我们生命机体中天然的遗传编码信息。这些碱基对构成了DNA双螺旋结构,多种不同的三字母序列密码子又编码了活细胞中所有蛋白质的20个氨基酸。而这项最新的成果第一次表明非天然的碱基对也能在活细胞中制造蛋白。

Romesberg说,这一成就表明合成生物学可以通过重新创造生命中最基本的组成部分,来实现其目标,“没有任何生物系统比遗传信息存储和检索更基础,与我们的关系更密切了。这项研究就是设计了行使已有部件功能的一个新元件,并且能完成它们所做的所有工作。”


(非天然碱基对制造出绿色荧光蛋白)

全新的DNA碱基

生命机体中有四种天然DNA碱基,它们可以以64种不同的三字母组合排列,用于翻译成氨基酸,这被称为密码子。但是这种密码子存在冗余,例如CGC,CGA,CGG和CGT都代表着精氨酸,这意味着几乎所有生命所需的蛋白质实际上只是由20个氨基酸组成的。

目前许多研究人员都在尝试扩充这个密码子列表,哈佛医学院遗传学家George Church等人就是研究利用冗余密码子生成新的氨基酸。 但Romesberg研究小组采用的是一个不同的策略:在DNA中增加一个全新的碱基对。这将大大增加可能的密码子数量,理论上令细胞可利用的非天然氨基酸超过100个。

对此Church表示,虽然他认为自己的方法实用性更强,但这项研究是“探索生命基石”的一项里程碑成果。

许多的挑战

自上世纪90年代末以来,Romesberg和他的实验室一直在致力寻找可充当新型功能性DNA碱基,希望找到可以编码出前所未有的蛋白质。

这不是一个简单的任务。任何新的功能性DNA碱基对都必须要以与天然核苷碱基——A-T以及C-G具有相当的结合亲和力。这样的新碱基还必须要能够在拉链样的DNA链中靠着天然碱基稳定地排列。在DNA复制及转录为RNA的过程中,当自然聚合酶对它们起作用时,它们必须能够解拉链并再度拉上拉链。并且这些侵入核苷还得以某种方式避免遭到攻击以及被自然的DNA修复机制除去。

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