专门设计的微生物扩展了生命的字码
2014-05-16 20:06:44   来源：37度医学网   作者：  评论：0 点击：

专门设计的微生物扩展了生命的字码

专门设计的微生物扩展了生命的字码
罗伯特.F..塞尔法斯(Robert F.Service) 2014年5月7日
http://news.sciencemag.org/biology/2014/05/designer-microbes-expand-lifes-genetic-alphabet

此图采自Synthorx公司网站
DNA 2.0 。通过在DNA的A―T(腺嘌呤―胸腺嘧啶)和G―C(鸟嘌呤―胞嘧啶)碱基对中，添加一个X―Y新碱基对，研究人员将可使生物体用像172个那样多的氨基酸构建成蛋白质。
图的上部为原来的天然DNA、RNA和可由20个氨基酸构成蛋白质；下部为扩展的DNA、扩展的RNA和可由172个氨基酸构成蛋白质。U=尿嘧啶，Nucleotides=核苷酸，base pairs =碱基对。
从细菌到篮球运动员，所有像我们知道的生命，它们都用两对DNA字母编码遗传信息。不再像以前一样了。现在，连同DNA螺旋结构的两个天然碱基对――A与T绑在一起，以及G和C 绑在一起――加州实验室中生长的一种细菌能够一起整合和复制第三个人造的字母对。目前，这种人造的碱基――称它们为X和Y――它们不编码任何的东西，不像天然的DNA碱基对，能以不同代码组合20种不同的氨基酸来组成蛋白质。而新近扩展的遗传密码为合成生物学打开了能够自己构建多达由172个不同天然或人造的氨基酸组成蛋白质的大门――一种对药物和材料开发具有潜在利益的技术。
不参与论文报告在本周出版的《自然》杂志中这一研究的得克萨斯大学奥斯汀分校的分子生物学家罗斯.泰爱尔(Ross Thyer)说：“这是了不起的一种赋能技术。”这种了不起的壮举，开创了一条新蛋白质体系的道路，而且，也给予研究人员研究DNA如何进化、以及为什么所有的生命都限制在只有5种碱基的范围内(RNA中的T被替换为U)。
创建合成的超级细菌，听起来是不吉利的。但是位于加州的斯坦福大学生物化学家埃里克.库尔(Eric Kool)说：“这些生物不能在实验室外生存。”事实上，它们甚至不能构建X和Y(更正式地称谓是d5SICS和dNaM)自身：研究人员合成这些碱基，并把它们饲喂给一种细菌。库尔说，比现有的基因工程来说，“我个人认为，修饰DNA是一种更少危险的方法。”
几十年来，合成生物学家一直尝试着扩展生命的遗传字码，并已研制出了少数另类的遗传字码。有几个团队，其中包括一个由位于加州圣迭戈的斯克里普斯研究所的生物化学家弗洛伊德.罗姆斯伯格(Floyd Romesberg)领导的，甚至设法得到了称为DNA聚合酶的DNA复制蛋白，复制了整合进另类遗传字码的DNA链。但这不是在活细胞内而是在试管中完成的。
通过活菌的复制来改变DNA，完全是另类的挑战。这种细菌，或者将需要自己合成新的遗传字码，或者将从周围的培养基中导入它们。罗姆斯伯格和他的同事们，在藻类中发现了一种蛋白质，它能抓住核苷酸碱基，并把其拉进细胞内。他们把转运蛋白基因剪接到大肠杆菌内，并发现它能够使大肠杆菌也把预先合成的X和Y碱基对拖拉进大肠杆菌体内。他们还使大肠杆菌实现了工程化，使其怀藏携带称为DNA小环的X―Y碱基对质粒。当细菌复制这种质粒时，它们就用新导入的X―Y碱基对――现在，这种工程细菌正像它们天然的堂兄弟一样良好地生长。
罗姆斯伯格说，下一步他希望用自己扩展的遗传字码来创建专门设计的蛋白质。斯克里普的生物化学家彼得.舒尔茨(Peter Schultz)等人，已经用工程菌来构建超过20个标准氨基酸的达数十个氨基酸的蛋白质。但是，这些实验是用天然DNA来编码非天然的氨基酸。泰爱尔说，而这种新近扩展的遗传字码，将产生具有各种新化学功能的庞大的更加多样化的蛋白质种类，例如，能够在人体内更好存在的药品和组装蛋白质的基础材料。罗姆斯伯格说 ，攻占蛋白质新领域的战斗已在进行之中。