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蛋白質(zhì)中可添加多個新氨基酸為合成抗生素和抗腫瘤藥物開辟新途徑

2021-06-08 10:26:50 來源：中國科學(xué)報

現(xiàn)在，研究人員打開了一道“閘門”：對一種細菌基因組的廣泛重寫，可以在一種蛋白質(zhì)中添加多個新氨基酸。這項工作或為合成抗生素和抗腫瘤藥物開辟新途徑。

當(dāng)細胞制造蛋白質(zhì)時，DNA密碼——A、C、G、T首先被復(fù)制到RNA（其中用U取代T），之后RNA被解讀為一個有3個字母的指令，即密碼子，其中大部分對插入蛋白質(zhì)的20種天然氨基酸中的一種進行編碼。

最初，研究人員在細胞遇到特定終止密碼子時添加一個氨基酸來插入非天然氨基酸。美國醫(yī)學(xué)研究委員會分子生物學(xué)實驗室合成生物學(xué)家Jason Chin表示，通常情況下，每個蛋白質(zhì)仍只能插入一個氨基酸。

在2019年的一項研究中，研究人員使用CRISPR-Cas9基因編輯工具創(chuàng)建了一種名為Syn61的大腸桿菌菌株。為此，他們替換了該細菌含有400萬堿基的基因組中超過18000個絲氨酸密碼子。研究人員將UCG、UCA和終止密碼子UAG分別替換為它們的“同義詞”：AGC、AGU和UAA。這意味著絲氨酸仍然會被整合到Syn61生長中的蛋白質(zhì)的正確位置上。但是UCG、UCA和UAG密碼子實際上是“空白”的，將不再編碼蛋白質(zhì)中的任何物質(zhì)，因此可以被改變用途，重新利用。

這種重新利用正是Chin和同事現(xiàn)在所完成的工作。利用Syn61，研究人員刪除了一種被稱為轉(zhuǎn)移RNA （tRNAs）的分子基因，這種分子可以識別UGC和UCA，并將絲氨酸插入生長的蛋白質(zhì)中。研究人員在遇到UGC、UCA或UAG時，通過添加新的tRNA來插入非自然氨基酸。

最后，他們將這些密碼子寫到基因組中希望出現(xiàn)非自然氨基酸的地方。研究人員近日在《科學(xué)》上報告說，該研究使他們可以在單個蛋白質(zhì)中同時添加3種非天然氨基酸。他們也可以為每個蛋白質(zhì)書寫多份拷貝。

Chin補充說，研究人員還可以擴展這個策略，重新利用其他密碼子添加更多新的氨基酸和化學(xué)多樣性。

標簽：蛋白質(zhì) 氨基酸抗生素腫瘤藥物