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如何设计细菌细胞以生产抗病毒合成聚合物

最近的一篇科学 论文讨论了利用先前报道的合成大肠杆菌来生产抗病毒合成聚合物,以用于未来的药物生产应用。根据定义,聚合物是由大量连接在一起的相似单元组成的任何类型的物质。例如,生物聚合物由至少 50 个称为单体的较小分子组成,这些分子用于制造称为大分子的较大聚合物。这些大分子,如碳水化合物、脂质和蛋白质,对于维持生物体内的稳态都是必不可少的。

脱氧核糖核酸 (DNA) 的遗传物质是一种生物聚合物,由四种核酸碱基组成,即鸟嘌呤 (G)、腺嘌呤 (A)、胸腺嘧啶 (T) 和胞嘧啶 (C)。这些核酸被组织成不同的密码子,这些密码子是与特定氨基酸相对应的 DNA 三核苷酸序列,它们是蛋白质的组成部分。

总的来说,可以出现 64 种可能的核酸组合,这些密码子组合可以编码 20 种不同的氨基酸。因此,可以使用几种同义密码子选择来编码相同氨基酸的不同密码子。这些同义替换在促进自然多样性方面发挥着重要作用;然而,当替换不正确时,它们也会对生物体造成不利影响。

在 2019 年Nature研究中,英国剑桥医学研究委员会 (MRC) 分子生物学图书馆的一组科学家创造了一种大肠杆菌变体,其整个基因组是通过高保真收敛全合成过程合成的,该过程利用了四个兆碱基。

更具体地说,每个 TCG 和 TCA 密码子都被替换为 AGC 和 AGT 的同义词。此外,通常用于表示当前蛋白质翻译过程终止的 TAG 的每个“终止”密码子都被替换为其同义词 TAA。尽管基因组中没有原始的 TCG、TCA 和 TGA 密码子,合成的大肠杆菌仍然能够产生蛋白质来支持其生存和生长。

将他们的研究更进一步,由 Jason Chin 博士领导的 MRC 科学家评估了去除转移核糖核酸 (tRNA) 后合成大肠杆菌会发生什么。这些 tRNA 负责将通常识别 TCG 和 TCA 密码子的信使 RNA (mRNA) 序列解码为蛋白质。

将合成细菌暴露于病毒混合物中后,未经过这种 tRNA 修饰的细菌立即被杀死。相比之下,发现经过修饰的细菌因其对病毒感染的固有抵抗力而存活下来。

利用合成大肠杆菌生产合成聚合物

他们合成的大肠杆菌不需要存在某些密码子即可继续生存、生长和抵抗病毒感染,这一发现促使研究人员研究如何将这些密码子用于聚合物生产。

为此,细菌被用来生产 tRNAs 加上人工单体,这些人工单体只识别新可用的 TCG 和 TAG 密码子。然后将 TCG 和 TAG 密码子串整合到抗病毒大肠杆菌的 DNA中,由改变的 tRNA 读取。然后 tRNA 组装了不同顺序的 TCG 和 TAG 密码子。

通过这种方法,a。共构建了八种自然界中不存在的新型聚合物。然后将这些聚合物的末端连接在一起形成大环,这些分子被广泛用于形成某些药物的基础,例如抗生素和抗肿瘤药物。

这种合成细菌的病毒抗性为制造某些药物(如胰岛素和蛋白质亚单位疫苗)提供了新的机会,因为这些药物通常是在含有生产所需指令的培养细菌细胞中制造的。

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