美國科學(xué)家宣稱,，他們首次使用人造基因合成出了能維持活細胞生長的人造蛋白質(zhì),，其功能同自然界中存在的蛋白質(zhì)一樣，新突破有助于科學(xué)家研制出新的生物系統(tǒng),。相關(guān)論文發(fā)表在1月4日出版的PLoS ONE上,。
Michael Hecht
領(lǐng)導(dǎo)該項研究的普林斯頓大學(xué)化學(xué)系教授邁克爾·赫克特表示，這是合成生物學(xué)領(lǐng)域的一個重大突破,。方興未艾的合成生物學(xué)領(lǐng)域的科學(xué)家希望設(shè)計和構(gòu)造出自然界中并不存在的生物“零件”和系統(tǒng),，終極目標之一是使用化學(xué)物質(zhì)人工合成一個完整的基因組。新研究表明,，制造出能維持細胞生命的人造基因組或許指日可待,。
之前幾乎所有的合成生物學(xué)研究都強調(diào)對從自然有機體中提取出來的生命“零件”進行重組。但赫克特認為,，最新研究表明,，組成生命的分子“零件”并不囿于自然界中已存在的基因和蛋白質(zhì)，在實驗室中合成的大分子也能提供生物功能,。盡管科學(xué)家已經(jīng)證明,，可以對蛋白質(zhì)進行設(shè)計，讓其折疊甚至加速反應(yīng),，但新研究代表了人工蛋白質(zhì)制造方面的最前沿,。
生物大分子蛋白質(zhì)是生命的物質(zhì)基礎(chǔ)，與生命及與各種形式的生命活動緊密聯(lián)系在一起,。人體內(nèi)蛋白質(zhì)的種類很多,，性質(zhì)和功能各異，但都由20多種氨基酸按不同比例組合而成,。赫克特表示,，如果一個蛋白質(zhì)由100個（甚至更多）氨基酸組成,，那么就可能存在更多不同的蛋白質(zhì)序列,。該研究團隊想弄清楚,，為何人體內(nèi)僅有10萬種不同的蛋白質(zhì),，盡管可以產(chǎn)生的蛋白質(zhì)數(shù)量比這更多,。
因此,，赫克特團隊開始著手制造人造蛋白,，其由自然界中并不存在的基因序列所編碼,。最終,，他們合成了約100萬個氨基酸序列,，并讓其折疊成穩(wěn)定的三維結(jié)構(gòu)。
研究團隊另一位負責(zé)人,、加州大學(xué)伯克利分校的訪問學(xué)者邁克爾·費舍爾表示,，研究最有趣的部分是，這些人造基因編碼的信息完全是新的，并非來源于自然基因所編碼的信息,，而且二者之間也沒有關(guān)系,。
該團隊將合成的人造蛋白插入不同的變異細菌菌株中，這些變異菌株內(nèi)某些特定的天然基因事先已被刪除,，因此它們在特定的環(huán)境下會死亡,。而實驗證明，原本會死亡的細菌菌株被這種可維持生命的新奇人造蛋白質(zhì)所“拯救”,。赫克特說：“這些人造蛋白質(zhì)同任何已知的生物序列沒有關(guān)系,，但它們能維持生命的生長。這是一個令人興奮的結(jié)論,，因為它證明非天然的蛋白質(zhì)也能維持天然有機體系統(tǒng)的生命,。”（生物谷Bioon.com）
生物谷推薦原文出處：
PLoS ONE, 2011; 6 (1): e15364 DOI: 10.1371/journal.pone.0015364
De Novo Designed Proteins from a Library of Artificial Sequences Function in Escherichia Coli and Enable Cell Growth
Mark Isalan, Michael A. Fisher, Kara L. McKinley, Luke H. Bradley, Sara R. Viola, Michael H. Hecht.
Abstract
A central challenge of synthetic biology is to enable the growth of living systems using parts that are not derived from nature, but designed and synthesized in the laboratory. As an initial step toward achieving this goal, we probed the ability of a collection of >106 de novo designed proteins to provide biological functions necessary to sustain cell growth. Our collection of proteins was drawn from a combinatorial library of 102-residue sequences, designed by binary patterning of polar and nonpolar residues to fold into stable 4-helix bundles. We probed the capacity of proteins from this library to function in vivo by testing their abilities to rescue 27 different knockout strains of Escherichia coli, each deleted for a conditionally essential gene. Four different strains – ΔserB, ΔgltA, ΔilvA, and Δfes – were rescued by specific sequences from our library. Further experiments demonstrated that a strain simultaneously deleted for all four genes was rescued by co-expression of four novel sequences. Thus, cells deleted for ~0.1% of the E. coli genome (and ~1% of the genes required for growth under nutrient-poor conditions) can be sustained by sequences designed de novo.
