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首次!英国科学家重编程开发出新的人造细菌,可以完全抵抗病毒感染

前瞻网    2021-06-07 11:45

 

科学家们已经开发出一种合成的大肠杆菌菌株,它可以按照研究人员在基因中编码的指令,以自然界中从未出现过的结构构建人工聚合物。

由英国剑桥医学研究委员会(MRC)分子生物学实验室(Laboratory of Molecular Biology)领导的科学家们设计了大肠杆菌菌株的遗传密码,使其包含几种非标准氨基酸,并发现这种合成的基因组,使细菌可以完全抵抗病毒感染。

首次!英国科学家重编程开发出新的人造细菌,可以完全抵抗病毒感染

这项工作,是首次设计含有多种非典型氨基酸的蛋白质。该团队表示,他们的工作和成果,可能会推动蛋白质和塑料等新聚合物的开发,以及抗生素等药物的开发,同时也会使使用细菌生产药物变得更容易。

新报告的成果建立在此前研究人员在2019年开发的一种新技术的基础上,该技术创造了有史以来最大的合成基因组——从零开始构建整个大肠杆菌基因组。

该研究负责人Jason Chin表示:“这些细菌可能变成可再生和可编程的新分子,对生物技术和医学有很大的好处,包括新药、新抗生素。”

研究人员在《科学》杂志上发表了一篇题为“Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis”的论文,报告了他们的最新进展。

基因密码指示细胞如何制造蛋白质,蛋白质是由一系列天然氨基酸组成的。DNA中的遗传密码由4个碱基组成,用字母A、T、C和g表示。当构建一个肽或蛋白质时,DNA中的3个碱基自由组合成一个密码子,共有64种可能的字母组合,但细胞通常使用的标准氨基酸只有20种。

科学家们认为,将某些密码子和读取它们的转移RNA从基因组中移除,用非典型氨基酸(ncAAs)取代它们,可能会使合成细胞具有自然生物学中没有的特性,包括强大的病毒抗性和增强型新蛋白质的生物合成。

新的研究基于该团队之前的开创性工作:2019年,MRC分子生物学实验室的团队创造了首个从零合成的大肠杆菌全基因组。他们还借此机会简化了它的基因组。在这个工程菌株中,科学家们用相近碱基替换了密码子的一部分。

MRC科学家的目标是利用他们的新技术创造出第一个可以完全用自然界中没有的结构组装聚合物的细胞。在最新报道的研究中,科学家进一步对细菌进行了修饰,去除识别密码子TCG和TCA的tRNA分子。这意味着,即使遗传密码中有TCG或TCA密码子,细胞中也不再有能够读取这些密码子的分子。

这对任何试图感染细胞的病毒来说都是致命的,因为病毒通过将自己的基因组注入细胞并劫持细胞的机制进行复制。病毒基因组中仍含有大量的TCG、TCA和TAG密码子,但被修饰的细菌缺少能够读取这些密码子的tRNAs。

当研究人员用病毒的混合物感染他们的细菌时,他们证实——虽然未经过修饰的对照细菌被这些病原体杀死,但经过修饰的细菌对感染有抵抗力并存活了下来。

许多药物——例如蛋白质药物,如胰岛素,以及多糖和蛋白质亚基疫苗——都是由含有生产药物指令的细菌生长而成的。因此,制造对病毒有抵抗力的细菌,可以使某些类型的药物的生产更加可靠和便宜。

译/前瞻经济学人APP资讯组

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