诱使真核细胞体外合成蛋白质的新策略

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    [生物通讯]长期以来，研究人员一直认为把人工碱基对插入某种简单生物（如大肠杆菌）的DNA中是大规模生产多种新型人造蛋白质的最有效的方法。从理论上说，一旦这个新的碱基对就位，该生物就应当能制造出人们想要的蛋白质。然而到目前为止，这些方法都十分麻烦，生产每种新蛋白都必须对系统进行彻底重组。 　　 
　　现在，一个日本研究小组成功诱使真核细胞在体外将人工核苷酸拼接成自身的DNA。在这项即将发表的研究中，日本物理与化学研究院基因组科学中心蛋白质合成技术研究小组将向人们展示，他们是如何利用新发现的氨基酰 tRNA（aminoacyl tRNA)合成酶将遗传信息“字母表”扩展到包含字母"s" 和 "y"的。

    氨基酰tRNA合成酶在保证蛋白质合成的“忠实性”上起着至为关键的作用，它防止非天然氨基酸进入核糖体。根据BioMedNet新闻近日的一篇报道，该研究的领导人Ichiro Hirao表示，这个能够与人工碱基对如该研究小组研制出的几种碱基对结合的新合成酶将导致人工系统“更简易的蛋白质合成”技术的产生，对从农业生物技术到进化研究等广泛的研究领域都将产生重要影响。

    这项新成果是建立在这个日本研究小组早先插入人工碱基对"s-y"到大肠杆菌中、并在体外安全转录和翻译成蛋白质的研究基础之上。在2002年2月份的《自然生物化学》杂志上，Ichiro Hirao、Shigeyuki Yokoyama和他们的同事报告了一种合成蛋白质的新方法。研究小组复制了大肠杆菌的基因片段，并用实验室合成的一个碱基对替换了基因上的碱基对。然后，它们将这个经过修改的基因插入到另一段长的多的大肠杆菌DNA中，再把这些DNA倒入破碎的酵母细胞和大肠杆菌的混合物中。来自酵母细胞的蛋白质“写下”一段RNA信息，并将其送到空余的大肠杆菌蛋白制造位点上，从而使该基因得到转录。经过特别设计的转运RNA将新的氨基酸运送到蛋白质制造位点，并将其放置在蛋白链中适当的位置上。尽管目前的实验只能生产出少量蛋白质，但Hirao确信能是这个方法变得更加高效。

    Hirao 介绍说，第一对人工碱基是10多年前由瑞士科学家研制成功的，但他们的人工碱基对化学特性不稳定，易于天然碱基配对。而日本的这个研究小组通过为人工合成的碱基加上大片“侧基团”使得人工碱基只能彼此配对。

    虽然需求十分紧急，但要研制出能够生产符合需求的人工蛋白的活真核细胞还需要进行深入的基础研究，瑞士研究小组的领导人Steven Benner（Steven Benner现任教佛罗里达大学分子生物学系）认为。“体内合成蛋白质需要氨基酰tRNA 合成酶、代谢和转运通路来生物合成和运输这些非天然的化合物。”他补充说。

生物通摘译自BioMedNet