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新手已上路木蟲 (職業(yè)作家)
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清華大學(xué)發(fā)表合成生物學(xué)重要成果：邁出構(gòu)造鏡像生命體征途的關(guān)鍵 已有1人參與
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北京時(shí)間5月17日凌晨，Nature Chemistry 雜志在線發(fā)表了清華大學(xué)朱聽團(tuán)隊(duì)的最新合成生物學(xué)研究成果。他的團(tuán)隊(duì)構(gòu)造出了某一蛋白的鏡像版本，該蛋白在兩個(gè)最基本的生命學(xué)過程里行使重要功能：參與復(fù)制DNA，并將其轉(zhuǎn)錄成RNA。 朱聽博士階段的導(dǎo)師、2009年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)得主、哈佛醫(yī)學(xué)院的分子生物學(xué)家Jack Szostak說，這項(xiàng)工作代表著科學(xué)家在制作鏡像生命形式的路上邁出了“一小步”。他哈佛的同事 George Church認(rèn)為這項(xiàng)研究成果是了不起的里程碑，他希望有一天能構(gòu)建出完整的鏡像細(xì)胞。 許多有機(jī)分子是“有手性”的，它們以不可重疊的鏡像形式存在，就像左右手的手套那樣。但生命卻幾乎總是使用其中的一個(gè)形式，比如細(xì)胞利用的是左旋的氨基酸，DNA扭轉(zhuǎn)成的則是如右旋螺絲釘樣的結(jié)構(gòu)。 原則上來說，這些分子的鏡面版本（looking-glass versions）應(yīng)以同樣的方式與其普通版本一起工作，但它們或可以抵抗那些在鏡像世界里還未進(jìn)化成熟的常規(guī)病毒或酶的攻擊。 這使鏡像生物化學(xué)的研究變得有利可圖，抱有該希望的公司之一是位于柏林的Noxxon醫(yī)藥公司。它使用繁瑣的化學(xué)合成方法去制備 短鏈DNA或RNA的鏡像形式，使其結(jié)合到體內(nèi)蛋白質(zhì)的治療靶點(diǎn)上以阻斷其活性，這類鏡像形式被稱為“核酸適配體”（aptamers）。該公司目前已有多個(gè)鏡像適配體候選物，應(yīng)用在包括癌癥在內(nèi)的人體疾病臨床試驗(yàn)中。 鏡像適配體不會(huì)被體內(nèi)的酶降解，其功效也可得以加強(qiáng)。Noxxon制藥公司的首席科學(xué)官Sven Klussmann說，復(fù)制鏡像DNA的方法為制備鏡像適配體提供了一個(gè)更容易的途徑。 數(shù)十年以來研究人員已制備出大量的鏡像DNA，所以清華大學(xué)的團(tuán)隊(duì)可以從化學(xué)品供應(yīng)商那里得到他們所需要的足夠多的鏡像DNA，并用于他們鏡面DNA復(fù)制的研究。這類商品例如，目的鏡像DNA的一條鏈、鏡像DNA結(jié)構(gòu)單元，和可按正確順序延伸這些結(jié)構(gòu)單元的較短的鏡像“引物”鏈。 但比較困難的工作是制備與鏡像DNA復(fù)制過程相配合的鏡像酶，即DNA聚合酶，它可能需要使用右旋氨基酸合成得到，但常用的聚合酶有600多個(gè)氨基酸，對(duì)當(dāng)前的合成技術(shù)來說，該蛋白質(zhì)太大了。 所以，清華大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向使用已知的最小的聚合酶：只有174個(gè)氨基酸的非洲豬瘟病毒聚合酶X�！翱赡苷�?yàn)樵摼酆厦感�，它�?fù)制DNA的速度也特別的慢�！敝炻犝f，他領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)制備出了該DNA聚合酶的鏡像版本，發(fā)現(xiàn)像它的天然版本那樣，在大約四個(gè)小時(shí)的時(shí)間里，它能將12個(gè)核苷酸（DNA結(jié)構(gòu)單元）大小的鏡像引物延伸成18個(gè)核苷酸的鏡像DNA鏈，并在36小時(shí)內(nèi)將其延伸成56個(gè)核苷酸的DNA鏈。 在同一試管內(nèi)，把該系統(tǒng)的普通版本和鏡像版本混合在一起時(shí)，兩個(gè)版本的DNA復(fù)制過程可以互不干擾地獨(dú)立進(jìn)行。該鏡像聚合酶也可以將鏡像DNA轉(zhuǎn)錄為鏡像RNA，其轉(zhuǎn)錄速度同樣非常緩慢。 Klussmann表示Noxxon醫(yī)藥公司對(duì)使用更高效的酶完成類似的目的非常感興趣。事實(shí)上，接下來朱聽和他的同事們希望構(gòu)建出Dpo4聚合酶的鏡像結(jié)構(gòu)。該聚合酶由352個(gè)氨基酸組成，其DNA復(fù)制效率更高。 此外，清華大學(xué)的研究人員在他們的論文中試圖去探索為什么生命存在“手性”這回事。這依舊是個(gè)神秘的領(lǐng)域：它可能僅僅是偶然，也可能是由自然界中廣泛存在的根本的不對(duì)稱性所引發(fā)。 佛羅里達(dá)州應(yīng)用分子進(jìn)化基金會(huì)的Steven Benner表示，構(gòu)建生化生命的鏡像形式很難對(duì)闡明這個(gè)問題有所幫助。幾乎所有物理過程 如果在鏡子中觀察都是相同的，目前已知的只有一個(gè)例外，即亞原子物理領(lǐng)域的“宇稱不守恒”（parity violation），而這種微小的差異絕不會(huì)在這些生化實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)出來。（構(gòu)建不被天然酶或病毒降解的DNA，Benner也很感興趣，但他并未使用鏡像DNA，他構(gòu)造的是一種非天然結(jié)構(gòu)單元的人造DNA）。 George Church的構(gòu)造鏡像細(xì)胞的終極目標(biāo)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。自然界中，RNA由核糖體翻譯成蛋白質(zhì)，而核糖體是一類非常復(fù)雜的分子機(jī)器。 朱聽說：“再造核糖體的鏡像結(jié)構(gòu)將是一項(xiàng)艱巨的任務(wù)�！� George Church正試著制備正常核糖體的突變體，使它能夠與鏡像RNA作用并最終將其翻譯成蛋白質(zhì)。 George Church表示，沒有人能知道到底哪種方法能達(dá)成目標(biāo)。但越來越多的研究人員開始從事生化過程的鏡面版本的研究�！耙郧昂荛L一段時(shí)間這個(gè)領(lǐng)域無人問津，但現(xiàn)在看來已發(fā)展的活力十足。” 作者：頭條號(hào) / 賽先生 鏈接：http://toutiao.com/a6285477089727152386/ 來源：頭條號(hào)（今日頭條旗下創(chuàng)作平臺(tái)） 著作權(quán)歸作者所有。商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)聯(lián)系作者獲得授權(quán)，非商業(yè)轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。 |
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2樓2016-05-22 13:34:35
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