科乐美下——遗传密码

研究人员重新连接大肠杆菌的基因,使其virus-proof

修正后的遗传密码是细菌的途径做一些看起来不自然。

一个女人拿着细菌板块的形象。
扩大 /在外面,这些严重工程细菌从正常的同龄人看起来没有什么不同。

许多的基本功能的生活不一定需要它们的方式。机会在进化中起着重要作用,总有备用路径,从未探索,因为无论进化之前是不够好。这个想法的一个实例是遗传密码,这将由我们的DNA信息转换成特定的氨基酸形成蛋白质的序列。有许多潜在的氨基酸,其中许多自发形成,但大多数生活使用遗传密码,仅仅依赖于20人。

在过去的几十年里,科学家们已经证明,它不一定是这样。如果你为细菌提供合适的酶和另一个氨基酸,他们可以使用它。但细菌不会使用酶和氨基酸非常有效,因为所有现有的遗传密码插槽都已经在使用中了。

在一个新的工作,研究人员设法编辑细菌的遗传代码释放一些新的插槽。然后填满这些插槽与非自然氨基酸,使细菌产生蛋白质,将永远不会在自然界中发现。重编程的一个副作用?没有病毒可以在修改后的细菌复制。

迷失在翻译

遗传密码处理翻译,在此期间,DNA编码的信息制作成有功能的蛋白质。这个过程的关键是一群叫转移RNA的小RNA分子(或图示)。转移rna小,三垒段可以通过碱基配对匹配的信息由DNA。这些转移rna也可以化学与一个特定的氨基酸由特定酶催化的过程。

combination-three特定碱基配对与特定氨基酸是翻译的关键。,匹配碱基的DNA与特定的氨基酸。

三垒代码和四种可能的基地(A、T、C、G)产量64可能的三垒组合,称为密码子。三个基码信号进行翻译时要停止的蛋白质编码序列。这让61只20种氨基酸的密码子。因此,一些氨基酸编码由两个,四个,甚至六个不同的密码子。

冗余的代码是在剑桥的研究团队,UK-targeted。几年前,研究人员编辑整个大肠杆菌基因组这样的一个码冗余被释放。研究团队编辑的所有实例的一个三停止密码子的一个人,不再是在整个基因组的任何实例。而不是被用于一些东西,密码子释放被重新定义。

研究人员做了类似的实验与氨基酸的密码子丝氨酸。不是离开六个密码子,说“丝氨酸,“团队编辑总仅剩下四个通过改变每个实例的两个他们针对不同的丝氨酸密码子。

(这听起来简单,但即使是一个小基因组大肠杆菌的有数以千计的每一个密码子分散在数以百万计的碱基对。编辑遗传密码是一个令人印象深刻的技术成就自己。)

容忍改变

而细菌没有使用三个编辑密码子,他们仍然可以。所需的所有部件使用codons-the转移rna,赋予其氨基酸的酶,etc.-were仍然存在。原因不是完全清楚,修改后的细菌不是特别健康,增长速度较慢的速度比他们未经审查的来源。

为他们的后续工作,研究人员发展更好地容忍修改后的遗传密码。他们揭露了细菌突变剂,然后种植大量的样本使用一个自动化的系统,确定样本越来越好时,继续为示例提供新鲜食物。(快速增长的细菌把无论他们生长在阴,让他们确认。)经过几轮的突变,接近于正常的恢复增长。

在这一点上,研究人员返回和删除转移rna的基因和酶,允许他们三个基码编辑工作。与更改,这不是密码子不再被使用不能再被使用。

再一次,这个问题减缓细菌的增长,尽管目前还不清楚为什么有些基因删除其他功能或有密码子实例研究人员在编辑。无论如何,他们再次突变细菌和选择一个应变的增长已恢复。一切都完成的时候,科学家们有一个应变增长以及正常的一半大肠杆菌。他们也有三个完全未使用的密码子。

(说句题外话,团队也获得了最后一株的基因组序列,看看突变发生在这个过程。虽然众多差异,没有明显的增长与能力与遗传密码修改。实验室无疑自分配几个研究生算出难题。)

新代码,说谁?

确认这三个未使用的密码子非功能,研究人员被感染病毒。由这些病毒编码的蛋白质通常包括未使用的密码子,所以这种方法提供了一个测试密码子的使用是否真正消除。

细菌通过了测试。没有病毒可以在工程菌株生长,即使五种不同病毒的混合物被文化在同一时间。很明显,在这个压力,这些密码子只是不能使用。

这就是研究人员想要在第一时间(公平地说,他们并没有开始了抗病毒的细菌)。现在可以开始使用三个氨基酸的密码子不自然地使用地球上的生命。

研究者提供了细菌和一些非氨基酸,随着基因的转移核糖核酸连接的氨基酸和酶附加。然后他们开始插入一个无菌的蛋白质的基因,只能用翻译的基码重新定义并证实蛋白质,它整合了这些非天然的氨基酸。团队甚至做了一个版本,包含三种不同的人工氨基酸,表明他们真的已经扩大了遗传密码。

研究人员也能够使菌株,使用一组不同的三条人工氨基酸。所以有可能大量的菌株,每个专门使用一组不同的人工氨基酸。

有趣的高分子化学

作者没有继续证明实用,但研究有许多潜在的用途。人工氨基酸可以催化反应不可能或与正常的20集高效。我们不必一定设计一种结合新的氨基酸的酶;相反,我们可以尝试发展功能与扩大菌株的遗传密码。

还有一些有趣的高分子化学的可能性。大多数聚合物化学反应形式,我们通常只使用一个单一类型的单元构建聚合物,因为你不能控制什么联系。但蛋白质让您构建一个高分子链与完全控制每个单元的顺序,因为您可以指定氨基酸的顺序。扩大遗传密码,我们可以得到molecule-level控制聚合物的结构。

科学,2021。DOI:10.1126 / science.abg3029(对必须)。

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