合成生物学家为可以合成材料的工程核糖体创造新的平台

合成生物学研究人员开发了一种系统，可以在试管中快速产生无细胞核糖体，然后选择可以执行某种功能的核糖体。

生物工具包可以帮助实现可持续材料和有针对性的疗法的新制造方法。

西北大学的合成生物学研究人员开发了一种系统，可以在试管中快速创造无细胞核糖体，然后选择可以执行某种功能的核糖体。

该系统称为核糖体合成和进化（上升）是朝向超出其自然能力的重要步骤。上升的关键特征是能够在没有细胞活力约束的情况下演化核糖体。结果可以是合成材料，如尼龙或疗法，如可以解决上升抗生素抗性的新抗生素。

“核糖体具有非凡的能力作为细胞的蛋白质合成机械，”迈克尔Jewett，Walter P. Murphy Murphy教授化学和生物工程教授和综合生物统计学米卡姆尼克工程学院的Cocologyattern工程学学院的主任。“但是为了合成在自然界中发现的蛋白质，我们必须设计和改性核糖体以与非天然基底合作。在体外开发核糖体是该系统的重要组成部分，我们非常兴奋，拥有这种新能力。“

结果将于2020年2月28日在自然通信中发布。

核糖体就像翻译的厨师一样，烹饪佩戴的生物聚合物或蛋白质的合成，使得能够实现。研究人员已经利用核糖体来构建蛋白质来开发新的生物制药，如胰岛素。但教导核糖体来烹饪“新美食”，或者使新鲜的生物聚合物成为自然界的困难。由于核糖体需要细胞的使用寿命，因此有很大的限制性如何改变。

Jewett和他的团队开发了新的上升系统，以克服那些细胞活力约束，最终以前所未有可能的方式重新培养核糖体。通过构建编码核糖体突变体的DNA，该系统可以在小时内制成数十万个突变核糖体。使用磁珠，研究人员可以选择具有所需功能的核糖体。该平台设定了理解核糖体活性位点的根本约束的阶段，并创造了可以改变社会的新生物聚合物。此外，该方法可能用于制造新材料以改善士兵和警察保护。

“我们通过选择来自变体文库的抗生素Clindamycin的高活性核糖体来验证了上升方法，”Jewett说。“我们的希望是，其他人将能够使用这个平台来选择可以进行新功能的核糖体。”

随着在手头演变核糖体的能力，Jewett的团队分别试图了解核糖体的哪些部位可以改变。在最近发表在核酸研究期刊的相关文件中，该团队还映射了核糖体活性部位的核苷酸，以发现可以改变哪些核苷酸而不会破坏核糖体。通过建设和测试活性位点中的每种可能的单核苷酸突变，总共180个，研究人员惊讶地发现，85％的这些核苷酸具有一些柔韧性并且可以改变。此外，该方法可能用于制造新材料以改善士兵和警察保护。

“这证明了我们可以改变活性位点的几乎每个核苷酸，仍然才能得到功能性核糖体。这对合成生物学如此令人兴奋，“Jewett说。

去年，研究人员还发表了一篇论文，其中他们开发了一套设计规则，指导核糖体如何包含在自然界中未发现的新型单体。

这篇论文集合在一起提供了一个综合平台，用于将核糖体转化为可以创造新型治疗和材料的机器。

“现在，核糖体是一个只能做出某些饭菜的厨师，”Jewett说。“我们希望创造许多可以让许多不同美食的厨师。这是向前迈向的巨大一步。“

该研究是国防部的多学科大学研究倡议计划的一部分，该计划是军队研究办公室的支持。

“这种成果的集合代表了朝着利用和适应生物细胞机械生产非生物聚合物的真正令人兴奋的步骤，”Dawanne Poree，Polyment Chemistry计划经理，美国陆军战斗能力发展指挥的军队研究办公室。“如果成功，这项工作实质上将把合成材料带入生物功能的领域，并且可能呈现能够催化的先进，高性能材料，分子编码和数据存储，纳米电子，自我愈合等许多其他功能。“

参考：Michael J. Hammerling，Brian R. Fritz，Danielle J. Yoesep，Danielle J. Yoesep，Danik D. Carlson和Michael C.Jewett，28 28日，2020年2月28日，Danielle J. Yoesep，Nature Communications。
10.1038 / s41467-020-14705.2