Science首个人工合成细胞器为细胞带来了新的功能

【字体: 时间:2019年04月02日 来源:生物通

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  科学家们第一次将复杂的翻译过程设计成一个哺乳动物细胞中的人工合成细胞器。

  

科学家们第一次将复杂的翻译过程设计成一个哺乳动物细胞中的人工合成细胞器。欧洲分子生物学实验室(EMBL)的Lemke小组与JGU Mainz和IMB Mainz合作进行了研究,利用这项技术创造了一种无膜细胞器,可以利用天然氨基酸和合成氨基酸构建蛋白质,具有新的功能。他们的研究结果发表在3月29日的Science杂志上,使科学家能够更详细地研究、调整和控制细胞功能。

在进化过程中,新细胞器的发展使得细胞和生物体变得更加复杂,这是因为它们能够将细胞过程分类到特定的进化热点中。“我们的工具可以用于工程学上的翻译,但也可能用于其他细胞过程,如转录和翻译后修饰。这甚至可以让我们设计出新型的细胞器,扩展复杂生物系统的功能。”EMBL和JGU Mainz的博士生,该文章的共同第一作者Christopher Reinkemeier说,“举例来说,我们可以通过含荧光分子基团的氨基酸,利用成像方法窥视细胞内部。”

细胞器可以利用合成的非典型氨基酸来制造蛋白质。目前我们知道有300多种不同的非标准氨基酸,而天然存在的只有20种氨基酸。我们将不再局限于自然界存在的氨基酸,”文章的共一作Gemma Estrada Girona说。“我们介绍的新颖之处是能够在有限的空间中使用它们,即细胞器,这样将对宿主的影响降到最低。”

摇晃的无膜细胞器

翻译是一个非常复杂的过程,一个由膜包围的单个细胞器容不下它。我们从相分离中获得了灵感:在体内会形成无膜细胞器,如核仁或应激颗粒。相分离被细胞用来局部浓缩特定的蛋白质和RNA。尽管这些无壁细胞器在与周围细胞质动态相互作用时具有不稳定的边界,但它们仍然可以执行非常精确的任务。该小组将相分离和细胞靶向结合起来,创造出他们的无膜细胞器,并确保每个细胞只有一个这样的细胞器形成。

最后,只有五个新的组件被设计成一个单元才能构建出这样的细胞器。这些组件的组装会产生一个大的结构,这可能会给细胞带来一些负担。在未来,该小组的目标是设计最小的人工合成细胞器,以尽量减少对健康有机体生理学的任何影响。

Edward Lemke是EMBL访问组组长,JGU Mainz的教授和IMB的副主任,他领导了这个项目。最后他总结说:“我们的目标是开发一种技术来设计制造细胞器和蛋白质,这些细胞器和蛋白质根本不会影响宿主的系统。我们希望创建一个没有任何负面效果的工具。细胞器应该是一个简单的附加装置,允许有机体以可控的方式进行定制设计新的事物。”

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原文检索:Designer membraneless organelles enable codon reassignment of selected mRNAs in eukaryotes

(生物通:伍松)

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