Nature子刊:成功合成人造核糖體
日期:2013-07-03 09:00:11
核糖體是負責蛋白質合成的重要細胞結構,美國西北大學和哈佛大學的研究人員首次通過模擬天然程序,成功在體外合成了有功能的核糖體。文章于六月二十五日發表在Nature旗下的Molecular Systems Biology雜志上。
在體外人工構建核糖體,一直是合成生物學領域的研究熱點。在此之前,人們也嘗試了多種合成途徑,但結果都不理想。現在,西北大學的Michael C. Jewett和哈佛大學醫學院的George M. Church領導研究團隊,在天然酶的幫助下,模擬了細胞內的核糖體生成途徑,獲得了有功能的人造核糖體。
這項研究可以幫助人們進一步理解核糖體的形成和功能,開發更有效靶標核糖體裝配的抗生素,設計具有特殊功能的新型核糖體,甚至構建人造細胞。
“我們的方案是一鍋法合成(one-pot synthesis),將編碼核糖體RNA的基因、天然核糖體蛋白和大腸桿菌E. coli的酶結合在一起,以模擬天然過程的方式構建人造核糖體,”西北大學的助理教授Jewett說。
核糖體由57個元件(三條RNA鏈和54個蛋白)組成,負責將信使RNA翻譯成為蛋白,是細胞的核心細胞器之一。核糖體生產的蛋白在細胞中執行各種各樣的功能,決定著細胞的生存和特性。
“我們通過模擬天然過程,合成了人工核糖體,為研究核糖體的合成與裝配開辟了一條新途徑。這項研究將幫助人們進一步理解和控制翻譯過程,”Jewett說。“利用這一技術,人們可以設計并合成改良版的核糖體,為其賦予特殊功能,而這將是合成生物學領域的一大進步。”
這項研究中的合成技術被稱為iSAT(integrated synthesis, assembly and translation),研究顯示,iSAT技術可以在一次反應中實現核糖體的合成、裝配和功能。研究人員用人工合成的核糖體翻譯螢光素酶,以此驗證了人工核糖體的功能活性。隨后他們又向核糖體中引入點突變,給核糖體賦予了克林霉素抗性,展現了iSAT合成改良型核糖體的能力。
“這項研究是實現完全人造核糖體的重要一步,”Jewett說。下一步,研究人員希望人工合成全部57種核糖體元件(包括54種蛋白),并在這些人工元件的基礎上構建有功能的核糖體。
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