蛋白质中可添加多个新氨基酸 为合成抗生素和抗肿瘤药物开辟新途径

来源:中国科学报

现在,研究人员打开了一道“闸门”:对一种细菌基因组的广泛重写,可以在一种蛋白质中添加多个新氨基酸。这项工作或为合成抗生素和抗肿瘤药物开辟新途径。

当细胞制造蛋白质时,DNA密码——A、C、G、T首先被复制到RNA(其中用U取代T),之后RNA被解读为一个有3个字母的指令,即密码子,其中大部分对插入蛋白质的20种天然氨基酸中的一种进行编码。

最初,研究人员在细胞遇到特定终止密码子时添加一个氨基酸来插入非天然氨基酸。美国医学研究委员会分子生物学实验室合成生物学家Jason Chin表示,通常情况下,每个蛋白质仍只能插入一个氨基酸。

在2019年的一项研究中,研究人员使用CRISPR-Cas9基因编辑工具创建了一种名为Syn61的大肠杆菌菌株。为此,他们替换了该细菌含有400万碱基的基因组中超过18000个丝氨酸密码子。研究人员将UCG、UCA和终止密码子UAG分别替换为它们的“同义词”:AGC、AGU和UAA。这意味着丝氨酸仍然会被整合到Syn61生长中的蛋白质的正确位置上。但是UCG、UCA和UAG密码子实际上是“空白”的,将不再编码蛋白质中的任何物质,因此可以被改变用途,重新利用。

这种重新利用正是Chin和同事现在所完成的工作。利用Syn61,研究人员删除了一种被称为转移RNA (tRNAs)的分子基因,这种分子可以识别UGC和UCA,并将丝氨酸插入生长的蛋白质中。研究人员在遇到UGC、UCA或UAG时,通过添加新的tRNA来插入非自然氨基酸。

最后,他们将这些密码子写到基因组中希望出现非自然氨基酸的地方。研究人员日在《科学》上报告说,该研究使他们可以在单个蛋白质中同时添加3种非天然氨基酸。他们也可以为每个蛋白质书写多份拷贝。

Chin补充说,研究人员还可以扩展这个策略,重新利用其他密码子添加更多新的氨基酸和化学多样

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