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自然界生命多姿多彩，但所有这些生命的遗传物质DNA包含的碱基只有4种，分别是腺嘌呤（A）、胸腺嘧啶（T）、胞嘧啶（C）和鸟嘌呤（G），其中A与T，C与G分别配对。近日，美国斯克里普斯研究所（The Scripps Research Institute）的Floyd Romesberg教授团队在Nature上发文“A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information”，描述了一种既能存储又能检索非天然人造遗传信息的半合成生物体。 半合成生物体（大肠杆菌）通过改造非天然遗传密码产生绿色荧光蛋白质 （来源：Nature） 2014年，Floyd Romesberg教授团队描述了大肠杆菌的一种半合成菌株，除了四种天然核苷酸，该菌株还含有一个扩展的遗传密码，其中包含两种非天然的核苷酸X和Y。该细菌可以维持并再生经过改造的遗传密码，但是人们当时并不清楚这种非天然的核苷酸是否能用来像正常DNA一样编码蛋白质。现在，Romesberg及同事证明该细菌可以转录和翻译非天然核苷酸（效率和天然核苷酸一样），从而合成包含非天然氨基酸的蛋白质，而且效率较天然蛋白质并无显著差距。 Floyd
Romesberg教授 （来源：The San Diego Union） 在Romesberg教授自己看来，这一成果表明，在合成生物学这个专注于以新特性灌输生物体的领域，科学家可以通过重新创造生命中最基本的要素来实现其目标。没有比遗传信息的存储和提取更基础、更接近生命本质的其他生物系统了，课题组所做的是设计一个与现有部件一起运行、并且可以实现所有的功能的新部件。 George Church教授 （来源：Wyss Institute） 哈佛大学医学院遗传学泰斗George Church教授表示，包括自己的小组在内，全球范围内有多支研究团队在尝试研究重复使用冗余密码子以指定新的氨基酸。而Romesberg小组的研究独树一帜：在 DNA 中增加一个全新的碱基对，这将大大增加可能的密码子的数量，理论上可以给予细胞利用超过 100 个额外氨基酸的能力。麻省理工学院林肯实验室的Peter Carr教授认为，科学家们对重写生命的了解才刚刚起步，但Romesberg小组的研究已经告诉我们，已知的生命萌发的过程，可能不是唯一的方式，而且也可能并非是最优路径。 创造生物体以生成非天然的改造蛋白质是合成生物学长久以来的一个目标。科学家早在上世纪60年代就曾设想过增加遗传密码。第一次大获成功是在1989年，由提出“地外生命种子”假说的苏黎世联邦理工学院的地球化学家Steven Benner教授的团队实现。他们首次成功地将经过改造的胞嘧啶(C)以及胸腺嘧啶(T)植入DNA之中。在试管中进行的反应测试中，带有这些被Benner教授称之为“有趣字母”的DNA链条成功地进行了自我复制并产生RNA和蛋白质。 而根据Benner教授的说法，此次Romesberg小组朝着创造新生命形式又迈出重要一步。Romesberg团队使用非天然核苷酸合成的健康细胞，在多组实验中，细胞吸收两种非天然氨基酸 PrK 和 pAzF，合成的蛋白质发出绿色荧光。非天然碱基对和非天然氨基酸都成功被特定细胞吸收，任何实验室外的有机物都无法合成。为了使得细胞能有效利用这些新组分，他们开发了一种修饰版本的新型 tRNA，能有效读取密码子并在核糖体中合成对应的氨基酸。 Romesberg的初创公司Synthorx （来源：Synthorx） 这些人工合成的全新的氨基酸并未改变绿色荧光蛋白的形状和功能。但现在能在细胞内存储和读取信息，就意味着未来这一技术将大有可为。在尚未发表的成果中，Romesberg团队将非天然碱基插入了能够提高细菌对抗生素耐药性的关键基因中，含有非天然碱基对的细菌对青霉素类药物更敏感。有机体拥有更多的碱基意味着，在生命字母中添加额外的字母，这能让生物学家们大大拓展可以合成新型蛋白质的可能性。更多的碱基，也意味着自由设计改造分子的可能性，医疗化学中很多棘手问题将迎刃而解。为此，Romesberg成立了一家初创公司，并已融资1600万美元。其中一个项目就是开发白细胞介素-2（interleukin-2）的新版本，这是一种抗癌药，但是副作用极大，新的半合成生物或许能在某些关键时刻通过成分交换来削弱药物副作用。 论文链接：https://www./articles/nature24659 了解更多最全、最新论文快讯 登录CBG官网（www.chembeango.com） 下载ChemBeanGo APP CBG资讯 ∣知识就是力量 |
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