現(xiàn)在，研究人員打開(kāi)了一道“閘門”：對(duì)一種細(xì)菌基因組的廣泛重寫，可以在一種蛋白質(zhì)中添加多個(gè)新氨基酸。這項(xiàng)工作或?yàn)楹铣煽股睾涂鼓[瘤藥物開(kāi)辟新途徑。
當(dāng)細(xì)胞制造蛋白質(zhì)時(shí)，DNA密碼——A、C、G、T首先被復(fù)制到RNA(其中用U取代T)，之后RNA被解讀為一個(gè)有3個(gè)字母的指令，即密碼子，其中大部分對(duì)插入蛋白質(zhì)的20種天然氨基酸中的一種進(jìn)行編碼。
最初，研究人員在細(xì)胞遇到特定終止密碼子時(shí)添加一個(gè)氨基酸來(lái)插入非天然氨基酸。美國(guó)醫(yī)學(xué)研究委員會(huì)分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室合成生物學(xué)家Jason Chin表示，通常情況下，每個(gè)蛋白質(zhì)仍只能插入一個(gè)氨基酸。
在2019年的一項(xiàng)研究中，研究人員使用CRISPR-Cas9基因編輯工具創(chuàng)建了一種名為Syn61的大腸桿菌菌株。為此，他們替換了該細(xì)菌含有400萬(wàn)堿基的基因組中超過(guò)18000個(gè)絲氨酸密碼子。研究人員將UCG、UCA和終止密碼子UAG分別替換為它們的“同義詞”：AGC、AGU和UAA。這意味著絲氨酸仍然會(huì)被整合到Syn61生長(zhǎng)中的蛋白質(zhì)的正確位置上。但是UCG、UCA和UAG密碼子實(shí)際上是“空白”的，將不再編碼蛋白質(zhì)中的任何物質(zhì)，因此可以被改變用途，重新利用。
這種重新利用正是Chin和同事現(xiàn)在所完成的工作。利用Syn61，研究人員刪除了一種被稱為轉(zhuǎn)移RNA (tRNAs)的分子基因，這種分子可以識(shí)別UGC和UCA，并將絲氨酸插入生長(zhǎng)的蛋白質(zhì)中。研究人員在遇到UGC、UCA或UAG時(shí)，通過(guò)添加新的tRNA來(lái)插入非自然氨基酸。
最后，他們將這些密碼子寫到基因組中希望出現(xiàn)非自然氨基酸的地方。研究人員近日在《科學(xué)》上報(bào)告說(shuō)，該研究使他們可以在單個(gè)蛋白質(zhì)中同時(shí)添加3種非天然氨基酸。他們也可以為每個(gè)蛋白質(zhì)書(shū)寫多份拷貝。
Chin補(bǔ)充說(shuō)，研究人員還可以擴(kuò)展這個(gè)策略，重新利用其他密碼子添加更多新的氨基酸和化學(xué)多樣性。
