化学家扩展了大肠杆菌的遗传密码以产生第21个氨基酸

化学家扩展了大肠杆菌的遗传密码以产生第21个氨基酸

赖斯大学的化学家韩晓和他的研究小组成功地扩展了大肠杆菌的遗传密码，从而生产出一种合成的构件，即“非规范氨基酸”。结果是氧化应激的有效指标。

他们说，这项工作是向技术迈出的一步，该技术将允许产生具有多种有用功能的新型蛋白质和生物。

他们的研究颁发在Cell Press杂志Chem上。

氨基酸是DNA的基础。通常，生物只需要其中的20种就可以编程生命所需的整套蛋白质。但是肖在美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)的180万美元帮助下，着手研究第21种氨基酸如何使设计用于特定目的的“非天然生物”成为可能。

这项新的研究只是通过工程改造细菌产生额外的氨基酸，称为5-羟基色氨酸(5HTP)，这种氨基酸在人类中自然而然地作为神经递质血清素的前体，但在大肠杆菌中却没有。5HTP的新产生促使细菌产生一种蛋白质，当生物体处于代谢压力下时，该蛋白质会发出荧光。“这个过程需要很多跨学科的技术，”肖说。“在这项研究中，我们将合成化学，合成生物学和代谢工程学结合在一起，创造出一种菌株，该菌株可以合成并编码第21种非规范氨基酸，然后用它来产生所需的蛋白质。”

肖说，对自主的非自然细菌进行编程是一个三步过程：首先，由研究生Y uda Chen领导的研究人员为氨基酸5HTP创建了生物正交的翻译机制。其次，他们发现并靶向了一个空白密码子(一种不产生蛋白质的DNA或RNA序列)，并对其进行了基因编纂以编码5HTP。第三，通过将其他物种的酶簇嫁接到大肠杆菌中，它们使细菌能够产生5HTP。

肖说：“从程序细菌中分离出的这些含有5HTP的蛋白质可以进一步用药物或其他分子标识表记标帜。” “在这里，我们证明了菌株本身可以作为活性氧物种的生命指标，并且检出限确实很低。”

尽管研究人员迄今已报告了200多种非规范氨基酸的产生，但大多数不能由宿主生物体合成。肖说：“几十年来，这一直是一个不竭发展的领域，但以前人们专注于化学领域。” “我们的愿景是用第21个氨基酸改造整个细胞，这将使我们能够研究活生物体的生物学或医学问题，而不仅仅是在实验室中处理细胞。

他说：“将这项技术应用到宿主物种中，就无需将人造构件注入生物体中，因为它们可以自行合成和使用它。” “这使我们能够在更高的整个生物体水平上研究非规范氨基酸。”

最终，研究人员希望定制的构建基块将使靶向细胞(如肿瘤细胞)能够制造本身的治疗药物。肖说：“这是我实验室未来的重要标的目的。” “我们希望细胞能够检测疾病，制造更好的药物并实时释放它们。我们认为这并不遥不成及。”

该论文的共同作者是莱斯大学的博士后研究员唐Juan，王旅顺和田泽如，本科生亚当·卡德纳斯和拜候学者方新磊，以及波士顿大学化学系助理教授阿比舍克·查特吉。Xiao是Norman Hackerman-Welch的年轻研究员，也是化学的助理教授。