上帝之手！有史以来首个被证明具有维持生命功能的人工酶！

染色体、蛋白和磷脂膜都有了！纯粹的人造细胞真的不远了

《Nature Chemical Biology》普林斯顿大学制造出了一种从未存在过的全新蛋白，而且它还能使细胞起死回生。

　　

Michael Hecht, a professor of chemistry at Princeton University

全球最顶级的科学家们一直在追求极致的人造生物。继人工染色体、人工细胞膜之后，如今，普林斯顿大学实验室在《Nature Chemical Biology》发文报道，他们成功合成了能在细胞内发挥作用的人工蛋白酶。合成生物|人造细胞的里程碑

化学教授Michael Hecht和他实验室的研究人员设计并创建的蛋白质可以折叠和模拟生命赖以存活的化学反应。这种人工蛋白完全由合成基因编码，内含20种氨基酸，总长度约为100个氨基酸。Hecht等人证明，该蛋白至少能催化一个生物反应。

时至今日，首个完全从头设计，可作为酶在细胞内行使功能的人工蛋白任务已经达成！

酶是生命运转的关键钥匙。“所谓的‘生物学’实际上是生化反应和催化的系统科学，”Hecht说。“每个关键步骤都需要酶的催化。没有酶，有些反应的速度就不够快，支撑不了生命体生存……蛋白酶的本质是催化剂。它们是全宇宙最优秀的催化剂，经历了数十亿年的进化筛选，在生物体内，因为有酶，反应速度被提高了几个数量级。”

敲除大肠杆菌（E. coli）四个特定基因，细胞就会失活而死，当把人工设计的蛋白质注入这些大肠杆菌后，竟能令它们起死回生！

这些人工蛋白的问世时间是2011年，之后他们又花费6年时间致力于寻找这种新蛋白的确切作用机制。今年1月15日终于在《Nature Chemical Biology》发文详细报道出来。“我们要确定人工蛋白的工作方式是否与天然缺失的蛋白一致，”Hecht说。

创造具有体外催化活性和体内生物功能的酶是合成生物学的一个关键目标。“Syn-F4是首个从头合成（de novo），同时满足这两个标准的人工蛋白，”文章一作Ann Donnelly说。“这些蛋白不仅仅‘长得像酶’，它们确实能催化其他细胞生产过程。”

纯化的Syn-F4能水解含铁铁肠菌素（siderophore ferric enterobactin），表达Syn-F4能让原本无法存活的大肠杆菌在铁限制培养基中生长，表明新序列能为生物体提供维持生存的酶功能。

小红点是缺失Fes酶的大肠杆菌，健康形态的大菌落是携带Syn-F4酶的新细菌。这是在含铁培养基上生长的情况，如果在铁限制培养基上，缺陷型大肠杆菌因为无法存活，所以连小红点都没有。

Donnelly在读研期间发现了Syn-F4，“我认为它可能是一个酶，起初我不敢相信，我给他们看了数据，然后让他们不要告诉Michael，我再重复几次。”她重新纯化了蛋白，给大肠杆菌投放了全新的、完全纯净的底物。“所有操作我又重新跑了一遍，结果依然成立，于是我才告诉Michael。”

她说，这是目前唯一被证明可以拯救基因缺失的外源蛋白（非生物本源序列）。

“震惊了，我们制造出了一种全新的蛋白质，而且它还具备维持生命的功能，简直不可思议，”Hecht说。

数百万年细胞才进化出Fes酶来水解肠菌素（enterobactin），研究Fes的结构、功能和机制，通过相关序列来推断其演化过程并不太难，难的是面对水解肠菌素生化问题，Fes是否只是其中一种解决方案。Donnelly等人现已证明，一种从未存在过的酶（仅限实验室制造），可能是该生化问题的另一个解。

这意味着，人类将跳出自然界局限来生产蛋白质，原本需要花费数十亿年才能进化出的蛋白，原来只要花费几个月就能创造。

合成生物学被推到了另一个崭新的时代！

“大肠杆菌总共有4000个不同基因，我们拯救了0.1%。假设你能替换10%或20%的基因组，你就不能说它是‘转基因生物’，你必须承认它应该算是一种新生命。”

原文检索：
A de novo enzyme catalyzes a life-sustaining reaction in Escherichia coli

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（生物通：伍松）