工程化细菌生产额外的氨基酸

2020-11-03 111细菌

莱斯大学化学家韩晓和他的团队成功地扩展了大肠杆菌的遗传密码,产生了一种合成的构筑物,即 "非标准氨基酸"。其结果是一种氧化应激的活指标。

他们说,工程化细菌生产额外的氨基酸,这项工作是向技术迈出的一步,这些技术将允许生成具有各种有用功能的新型蛋白质和生物体。

他们的研究发表在Cell Press杂志《Chem.Inc》上。

工程化细菌生产额外的氨基酸

氨基酸是DNA的构建模块。一般来说,生物体只需要其中的20种氨基酸就可以编程生成生命所需的整套蛋白质。但肖在美国国家卫生研究院180万美元拨款的帮助下,着手研究第21种氨基酸如何能够设计出具有特定用途的 "非自然生物体"。

新的研究就是这样做的,通过工程化细菌生产额外的氨基酸,称为5-羟色胺(5HTP),它作为神经递质血清素的前体自然出现在人类中,但在大肠杆菌中没有。5HTP的新型生产促使细菌产生一种蛋白质,当生物体处于代谢压力下时,这种蛋白质会发出荧光。

"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结合起来,创造了一种菌株,它可以合成和编码第21种非正态氨基酸,然后用它来产生所需的蛋白质。"

对自主非典细菌进行编程

Xiao说,对自主非典细菌进行编程是一个三步走的过程。首先,由研究生陈宇达领导的研究人员为氨基酸,5HTP创造了生物正交翻译机制。第二,他们找到并锁定了一个空白密码子--DNA或RNA中不产生蛋白质的序列--并对其进行基因编辑,以编码5HTP。第三,通过将其他物种的酶簇嫁接到大肠杆菌中,他们赋予了细菌产生5HTP的能力。

"这些从程序化细菌中分离出来的含5HTP的蛋白质,可以进一步用药物或其他分子进行标记,"肖说。"在这里,我们展示了菌株本身可以作为活性氧物种的活体指示剂,而且检测限真的很低。"

研究意义

虽然研究人员报告说,迄今为止已经创造了200多种非标准氨基酸,但其中大多数不能由其宿主生物体合成。"这是一个持续了几十年的领域,但以前人们专注于化学部分,"肖说。"我们的愿景是用第21种氨基酸对整个细胞进行工程设计,这将让我们研究生物体的生物或医学问题,而不仅仅是在实验室中处理细胞。

"将这项技术转移到宿主物种中,消除了向生物体注入人工构件的需要,因为它们可以自己合成和使用它,"他说。"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件能够让靶向细胞,比如肿瘤中的细胞,制造自己的治疗药物。"这是我实验室未来的一个重要方向,"肖说。"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。我们认为这并不遥远。"

引用

Rice University. "Programmed bacteria have something extra." ScienceDaily. ScienceDaily, 12 August 2020. www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200812161331.htm.

上一篇下一篇