這是一種超自然的能力，被命名為核糖體合成與進(jìn)化系統(tǒng)（ribosome synthesis and evolution ，RISE），其主要特征是直接進(jìn)化核糖體，無需生存細(xì)胞限制。可預(yù)見的應(yīng)用包括解決不斷上升的抗生素耐藥性問題等。結(jié)果發(fā)表在2月28日的《Nature Communications》。
現(xiàn)如今，研究人員已經(jīng)利用核糖體構(gòu)建蛋白質(zhì)的能力開發(fā)了很多新生物制藥，如胰島素。但是教會核糖體制造對自然界來說全新的生物聚合物是很困難的，而且由于它們是細(xì)胞生命的必需元件，改造它們的限制很多。
“核糖體是蛋白質(zhì)的合成機(jī)器，如若合成自然界以外的蛋白質(zhì)，我們必須設(shè)計和修飾核糖體使其與非天然底物協(xié)同工作，開發(fā)體外培養(yǎng)核糖體是其必經(jīng)之路，”美國西北大學(xué)工程學(xué)院化學(xué)與生物工程教授、合成生物學(xué)中心主任Michael Jewett說。
Jewett團(tuán)隊開發(fā)了新RISE系統(tǒng)以克服細(xì)胞生存能力限制。通過構(gòu)建突變核糖體的DNA密碼，該系統(tǒng)可以在數(shù)小時內(nèi)制造出數(shù)十萬個突變體核糖體。研究人員再用磁珠選擇他們想要的功能核糖體。這個平臺為理解核糖體活性位點的基礎(chǔ)約束條件和創(chuàng)造革命性新生物聚合物奠定了基礎(chǔ)。
Jewett說：“我們從一個突變體庫中篩選出了對克林霉素耐藥的高活性核糖體，驗證了RISE。我們希望其他人也能利用這個平臺來選擇具備某些新功能的核糖體。”
此外，Jewett的團(tuán)隊已經(jīng)開始試圖了解核糖體的哪些部分是可以被改變的。他們近在《Nucleic Acids Research》雜志上發(fā)表的一篇論文繪制了核糖體活性位點的核苷酸譜，在不破壞核糖體的前提下，總結(jié)哪些核苷酸可被改造。通過構(gòu)建和測試這些活性位點（總共180個）中每一個可能的單核苷酸突變，研究人員驚訝地發(fā)現(xiàn)其中85%具有一定的靈活性，且可被改變。
“這證明，你能夠改造大部分活性位點，仍然可以得到一個功能性核糖體。這對合成生物學(xué)來說太令人興奮了，”Jewett說。去年，他們還發(fā)表過一篇指導(dǎo)如何在核糖體中結(jié)合非自然的新型單體的設(shè)計規(guī)則。
一系列論文為“核糖體制造業(yè)”提供了一個全面的平臺。Jewett這樣描述他的理想：現(xiàn)在的核糖體是只能做固定菜式的廚師，我想創(chuàng)造許許多多可以做不同飯菜的廚師。RISE系統(tǒng)是朝著這一愿景邁出的巨大一步。
這項研究是國防部多學(xué)科大學(xué)研究計劃的一部分。美國陸jun作zhan能力發(fā)展司令部，lu軍研究辦公室高分子化學(xué)項目經(jīng)理Dawanne Poere說：“利用和調(diào)整生物細(xì)胞機(jī)制作非生物聚合物。如果成功的話，這項工作將為合成材料引入生物功能，并有可能使先進(jìn)的高性能材料具有催化、分子編碼和數(shù)據(jù)存儲、納米電子學(xué)、自愈等多種功能。”
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