Science发表重大突破：成功完成细菌蛋白合成机制遗传学改造

　　

生物通报道：来自美国耶鲁大学，New England BioLabs公司的研究人员成功完成了对细菌中蛋白质合成机制进行遗传学改造的研究，并将这一成果公布在Science杂志上，这是合成生物学研究中一项重要进展，也将为未来疾病治疗提供可新思路。

领导这一研究的是美国科学院院士、耶鲁大学分子生物物理学和生物化学教授Dieter Söll，Söll教授从事功能基因组学及转运RNA合成方面的研究，在"Nature"、"Science"等国际相关领域的顶级刊物发表了大量研究论文。Söll教授与我国著名的生物化学家王应睐教授有过很深的友谊，目前担任上海生物化学与细胞学研究所分子生物学国家重点实验室学术顾问。

合成生物学，简单而言就是以人工手段制造生物系统，与传统生物学通过解剖生命体以研究其内在构造的办法不同，合成生物学的研究方向完全是相反的，它是从最基本的要素开始一步步建立零部件。这门学科被誉为第四次科技浪潮中的弄潮儿，倍受全球各大实验室的关注。

在这篇文章中，研究人员通过一种新方法：磷酸化作用（phosphorylation）方法，对细菌中蛋白质合成机制进行遗传学改造。磷酸化作用是生命体中最常见的基本生理过程，它能显著改变蛋白的功能。通常蛋白的磷酸化作用并不直接由DNA编码指导合成，而是在蛋白合成之后才开始。

而这项研究中的研究人员改变了这一情况，他们把磷酸化过程添加到大肠杆菌的遗传密码中，通过DNA第一时间就能指导蛋白磷酸化：研究人员在大肠杆菌基因序列中进行了修改，让其表达的丝氨酸能磷酸化。

这一新技术将有助于扩大大肠杆菌的基因序列，从而科学家们能合成自然和疾病状态的蛋白的特殊形式。而且这项研究也改变了之前科学家们无法研究蛋白质磷酸化或者是活动状态的情况，通过实验能获得人类蛋白质的天然磷酸化体系，这有助于科学家们更深入的了解类似蛋白活性极高的癌症之类的疾病的机理。

研究人员表示，这种技术可以用于处理任何类型的蛋白，不过他们下一步将合成和癌症、2型糖尿病以及高血压相关的磷酸化蛋白。

在合成生物学研究方面，国内近年来也获得了不少成果，来自奥地利维也纳国际对话与冲突管理组织裴蕾博士就对此进行了一些总结，详情请见专访裴蕾：国内合成生物学前景广阔。

（生物通：万纹）

原文摘要：

Expanding the Genetic Code of Escherichia coli with Phosphoserine

O-Phosphoserine (Sep), the most abundant phosphoamino acid in the eukaryotic phosphoproteome, is not encoded in the genetic code, but synthesized posttranslationally. Here, we present an engineered system for specific cotranslational Sep incorporation (directed by UAG) into any desired position in a protein by an Escherichia coli strain that harbors a Sep-accepting transfer RNA (tRNASep), its cognate Sep–tRNA synthetase (SepRS), and an engineered EF-Tu (EF-Sep). Expanding the genetic code rested on reengineering EF-Tu to relax its quality-control function and permit Sep-tRNASep binding. To test our system, we synthesized the activated form of human mitogen-activated ERK activating kinase 1 (MEK1) with either one or two Sep residues cotranslationally inserted in their canonical positions (Sep218, Sep222). This system has general utility in protein engineering, molecular biology, and disease research.