合成生物学家为制造能合成物质的核糖体创造了新的平台

时间:2020-03-06 17:55 来源:seo 作者:杏鑫 点击量:

合成生物学家为制造能合成物质的核糖体创造了新的平台

生物工具包可以帮助制造可持续材料和靶向治疗的新方法。

美国西北大学的合成生物学研究人员开发了一种系统,可以在试管中快速生成无细胞的核糖体,然后选择具有某种功能的核糖体。

这一系统被称为核糖体合成和进化(RISE),它是向利用核糖体超出其自然能力的方向迈出的重要一步。RISE的关键特征是能够在不受细胞生存能力限制的情况下进化核糖体。其结果可能是合成材料的新方法,如尼龙,或治疗方法,如新的抗生素,可以解决不断增长的抗生素耐药性。

核糖体作为细胞的蛋白质合成机制具有非凡的能力。领导这项研究的西北麦考密克工程学院合成生物学中心主任、化学与生物工程沃尔特·p·墨菲教授迈克尔·朱伊特说。但是要合成那些在自然界中找不到的蛋白质,我们必须设计和修饰核糖体使之与非天然底物协同工作。体外开发核糖体是该系统的重要组成部分,我们对拥有这种新能力感到非常兴奋。

研究结果将于2020年2月28日发表在《自然通讯》杂志上。

核糖体就像翻译的厨师,烹饪合成各种各样的生物聚合物,或蛋白质,使生命。研究人员已经利用核糖体制造蛋白质的能力来开发新的生物药物,如胰岛素。而是教核糖体烹饪新菜系。或者制造对自然界来说是新的生物聚合物是困难的。由于核糖体是细胞生命所必需的,因此如何改变核糖体受到很大的限制。

Jewett和他的团队开发了新的RISE系统,以克服这些细胞生存能力的限制,最终以以前从未有过的方式重新利用核糖体。通过构建编码核糖体突变体的DNA,该系统可以在数小时内产生数十万个突变核糖体。利用磁珠,研究人员可以选择具有他们想要的功能的核糖体。这一平台为理解核糖体活性位点的基本限制奠定了基础,并创造了能够改变社会的新生物聚合物。此外,该方法可能被用于制造新材料,以改善士兵和警察的保护。

我们通过从变异文库中选择对克林霉素耐药的高活性核糖体,验证了RISE方法的有效性。朱厄特说。我们希望其他人能够利用这个平台来选择能够执行新功能的核糖体。

Jewett’的团队已经掌握了核糖体进化的能力,他们分别试图了解核糖体的哪些部分是可以改变的。在最近发表在《核酸研究》(nucleicacids Research)杂志上的一篇相关论文中,该团队还绘制了核糖体活性位点的核苷酸图谱,以找出哪些核苷酸可以在不破坏核糖体的情况下被改变。通过构建和测试活性位点上每一个可能的单核苷酸突变,总共180个,研究人员惊奇地发现,85%的这些核苷酸具有一定的灵活性,可以被改变。此外,该方法可能被用于制造新材料,以改善士兵和警察的保护。

这向我们证明,你可以改变活性位点上几乎所有的核苷酸,仍然可以得到一个功能性的核糖体。这对合成生物学来说太令人兴奋了。朱厄特说。

去年,研究人员还发表了一篇论文,其中他们制定了一套设计规则,指导核糖体如何结合自然界中未发现的新型单体。

总之,这一系列的论文为把核糖体转化成一台可以创造新的治疗方法和材料的机器提供了一个综合的平台。

现在,核糖体是一个厨师,只能做特定的食物。朱厄特说。我们想要创造出许多能做出许多不同菜系的厨师。这是朝着这一愿景迈出的一大步。

该研究是国防部多学科大学研究计划的一部分,该计划由陆军研究办公室支持。

这些结果的收集代表了利用和改造生物细胞机制来生产非生物聚合物的真正令人兴奋的一步。美国陆军作战能力发展指挥部陆军研究办公室聚合物化学项目经理达瓦尼·波里说。如果成功,这项工作将从本质上把合成材料引入生物功能领域,并有可能制造出先进、高性能的材料,包括催化、分子编码和数据存储、纳米电子学、自愈等功能。

参考文献:体外核糖体合成及核糖体显示的进化作者:Michael J. Hammerling, Brian R. Fritz, Danielle J. Yoesep, Do Soon Kim, Erik D. Carlson and Michael C. Jewett, 2020年2月28日,Nature Communications。

DOI: 10.1038 / s41467 - 020 - 14705 - 2

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