加州，拉霍亚——现代生物学家最雄心勃勃的目标之一是学习如何扩展或修改地球上生命的遗传密码，以创造新的人工生命形式。这项“合成生物学”研究的部分动机是为了更多地了解进化和我们所继承的自然生物学的逻辑。但还有一个非常实际的动机:细胞可以作为制造一系列有用分子的高效工厂，尤其是蛋白质疗法，这在新药中占越来越大的份额。利用扩展的遗传密码工作的细胞可以制造出更加多样化的药物，而且在某种程度上可以极大地简化开发和制造药物的整个过程。
要实现一个有效的合成生物学的宏伟目标还需要几年的时间。但在本周发表在《自然通讯》(Nature Communications)杂志上的一项研究中，科学家们通过开发和展示一个扩展的遗传密码系统的关键组成部分，向这一目标迈出了重要的一步。
“我们已经补充了合成生物学工具包，以简化对遗传密码扩展的研究，”该研究的资深作者、斯克里普斯研究所化学系助理教授艾哈迈德·巴德兰博士说。
高仿鞋细胞利用地球上生命的自然遗传密码将DNA和RNA中的信息转化为蛋白质的氨基酸组成部分。DNA和RNA分子是链状分子，它们使用由四个核苷酸组成的“字母”来编码信息。一种被称为转移rna (tRNAs)的分子通过一次识别三个字母来解码这一信息，将每个三个字母的“密码子”翻译成蛋白质的单个氨基酸组成块。这个三联体密码子系统原则上可以编码64种不同的氨基酸(43种)，但通常大多数生物只使用20种氨基酸。
相比之下，设想中的四联体系统，基于四个字母的密码子，可以编码256(44)种不同的氨基酸。显然，这些物质中的大多数并不存在于天然蛋白质中，尽管其中一些可能是天然氨基酸的微小变化，使蛋白质能够被制成具有更精细的特性，例如优化其作为药物的有效性和安全性。
这里的巨大挑战来自于一个事实，即基因到蛋白质的翻译系统是一个复杂的系统，在这个系统中，多个成分必须顺利地协同工作。存在于地球生物体内的系统大概花了数百万年才进化到目前的准确性和效率水平。近年来，包括四重密码子系统在内的先前设计全新系统的努力显示出了一些希望。
在这项新研究中，巴德兰和他的团队使用了一种进化的、适者生存的、被称为定向进化的技术，来进化出一组原则上可以在四态体系统中工作的小套转移核糖核酸。科学家们表示，这些四联体转rna可以用来翻译细菌细胞内的蛋白质片段。他们能够一个接一个地翻译6个完全相同的四联体密码子，甚至能够翻译同一蛋白质中4个完全不同的四联体密码子，而且他们的翻译效率第一次达到了四联体系统所需的水平。
兰强调,尽管成套的代码系统仍然是非常早期,methods-development阶段,它应该是非常有用的,如果它可以工作在启用“非规范”的简单合成蛋白质的氨基酸不是自然存在的蛋白质。等ncaa,他们被称为,可以用来给蛋白质新颖的生物属性,包括提供方便、安全的“处理”蛋白质化学修改的将提高蛋白的治疗特性,例如,或有毒的附件“弹头”tumor-homing抗癌药物。
巴德兰说:“理论上，人们可以编写一个DNA序列，在活细胞中翻译成包含一组复杂修饰的蛋白质——这些修饰在其他情况下很难或不可能添加。”
巴德兰今99热点资讯年早些时候加入了斯克里普斯研究所，在这项研究期间，他曾在麻省理工学院和哈佛大学的布罗德研究所工作。
除了巴德兰，布罗德研究所的艾丽卡·德本尼迪克蒂斯和加夫里埃拉·卡弗，以及耶鲁大学的克里斯蒂娜·钟和迪特尔S?ll也参与了这项“通过tRNA定向进化对四个四联密码子的多重抑制”的研究。