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在合成生命探索中,科学家们构建了自己的细胞蛋白质工厂

乔治·丘奇在创造合成生命形式方面取得了突破,他的人造核糖体有望彻底改变蛋白质生产。

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在创造合成生命形式的重大一步中,遗传学先驱乔治·丘奇(George Church)制造出了细胞内负责生产蛋白质的部件的人造版本,这些蛋白质承担着生命活动的功能。

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“如果你想制造出与当前生命体类似的合成生命……你就必须拥有这个……生物机器,”丘奇在电话简报会上告诉记者。而且它具有重要的工业用途,尤其是在制造自然界不存在的药物和蛋白质方面 [ 路透社]。

丘奇的团队从零开始,一个分子一个分子地构建了一个功能性的核糖体。

核糖体是解读 RNA 链并将遗传密码转化为蛋白质的分子机器。它们极其复杂,而此前从组成部分——数十种蛋白质和几种 RNA 分子——重组核糖体的尝试,只产生了功能不佳的核糖体,而且即便如此,也仅在研究人员采取“奇怪的条件”下才成功,这些条件无法重现活细胞的环境,丘奇说 [ Nature 博客]。

接下来,研究人员希望制造出能够自我复制的人造核糖体。丘奇的工作尚未在同行评审期刊上发表;相反,他在周末的一次哈佛校友研讨会上展示了他的初步研究成果。他描述了他的研究团队如何首先将来自大肠杆菌(一种常见的实验室细菌)的核糖体分解成其组成分子,

然后使用酶将各种 RNA 和蛋白质组件重新组合起来。当在试管中组合时,这些组件自发地形成了功能性核糖体……研究人员使用人造核糖体成功生产了荧光酶,这是一种产生萤火虫发光的萤火虫蛋白质 [ 《技术评论》]。

制药公司目前使用细菌中天然存在的核糖体来制造疫苗和药物中的蛋白质,但生物医学研究员詹姆斯·柯林斯(James Collins)解释说,基因工程改造的核糖体会改善这个过程。

“然后你就可以对核糖体进行编程,让它们关闭细胞的大部分其他功能,只制造你想要生产的蛋白质。例如,你可以将细胞的机器转移到制造某些产品或燃料,从而大大提高效率” [ 彭博社]

他说。但丘奇想走得更远。他最大的愿望是创造出能够生产全新类别蛋白质的核糖体——

那些是自然界蛋白质的镜像。蛋白质和许多其他分子在其结构上具有“手性”。自然界中产生的氨基酸几乎全部是左旋的。就像手套只能戴在一只手上一样,左旋酶也只能催化具有正确手性的(分子)的反应。这意味着镜像分子将能够抵抗普通酶的分解,丘奇说。这可能具有重要的工业应用,可以生成用于生物发酵的长效酶,用于制造生物燃料和其他产品 [ 《技术评论》]。

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