近日，Nature報道了分子生物學(xué)最新技術(shù)突破——基因工程師們開發(fā)出一種工具，通過控制細(xì)胞合成蛋白質(zhì)的過程，讓人們更好地理解蛋白質(zhì)合成，探討抗生素作用原理，并將細(xì)胞改造成合成化學(xué)物質(zhì)的工廠。
核糖體是細(xì)胞中的一種細(xì)胞器，除哺乳動物成熟的紅細(xì)胞外，細(xì)胞中都有核糖體存在。一般而言，原核細(xì)胞只有一種核糖體，而真核細(xì)胞具有兩種核糖體。細(xì)胞利用核糖體閱讀轉(zhuǎn)錄自 DNA 的 mRNA 信息，利用氨基酸翻譯成蛋白質(zhì)。
核糖體是細(xì)胞維持生存的基礎(chǔ)，但是很難人為操作，如果核糖體被過度改造，往往會導(dǎo)致細(xì)胞死亡。伊利諾斯大學(xué)生化學(xué)家 AlexanderMankin 與西北大學(xué)生化工程師 Michael Jewett 聯(lián)手制造出新型核糖體，這種核糖體能根據(jù)需要改變工作方式，研究結(jié)果發(fā)表在Nature上。
核糖體是 RNA 和蛋白質(zhì)超分子復(fù)合物，大小是普通蛋白酶數(shù)百倍。RNA 是核糖體主要的功能分子，制造出蛋白質(zhì)時，核糖體每秒可連接 20 個氨基酸，出錯率非常低。核糖體的這些特征受到 Jewett 等學(xué)者的注意。
學(xué)者們希望制造出核糖體，利用人工核糖體根據(jù)需要合成非人工設(shè)想的蛋白質(zhì)分子，以開發(fā)出新藥物。每個核糖體由大、小兩個亞基組成的不規(guī)則顆粒。翻譯前，小亞基先與 mRNA 結(jié)合，再結(jié)合大亞基構(gòu)成完整核糖體，利用轉(zhuǎn)運(yùn) RNA 運(yùn)送的氨基酸合成多肽。完成一條 mRNA 單鏈翻譯后，大小亞基會再次分離。合成另外一個蛋白質(zhì)時，大小亞基會再次組裝，但每次組裝不一定是相同的亞基，或者說不同大小亞基結(jié)合有很高的可變性。
大小亞基結(jié)合多變性讓科學(xué)家設(shè)想利用核糖體制造非天然蛋白。Mankin 和 Jewett 小組決定制造出能相互結(jié)合的兩類工程亞基，但不清楚這種人工核糖體是否能在細(xì)胞內(nèi)發(fā)揮作用。
他們采用一段 RNA 將一大一小亞基連接起來，研究發(fā)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)能在細(xì)胞內(nèi)持續(xù)存在幾個月。然后他們將這種復(fù)合核糖體亞基用缺乏功能 RNA 的大腸桿菌篩選，結(jié)果發(fā)現(xiàn)這種工程核糖體亞基能發(fā)揮作用，維持細(xì)菌緩慢生長。然后證明這種工程核糖體亞基能與天然核糖體合作運(yùn)行。
斯坦福大學(xué)結(jié)構(gòu)生物學(xué)家 JosephPuglisi 表示，該研究實(shí)現(xiàn)了在不影響目標(biāo)細(xì)胞生長前提下改造核糖體的目的，開啟了分子生物學(xué)新領(lǐng)域。他希望利用這個系統(tǒng)研究核糖體的功能。麻省理工學(xué)院生物工程師 James Collins 將利用這一技術(shù)研究抗生素的工作原理。Jewett 則希望利用這個系統(tǒng)合成新的蛋白，或許能制造出新的抗生素或非天然蛋白質(zhì)。
