据美国物理学家组织网1月7日(北京时间)报道，美国科学家宣称，他们首次使用人造基因合成出了能维持活细胞生长的人造蛋白质，其功能同自然界中存在的蛋白质一样，新突破有助于科学家研制出新的生物系统。相关论文发表在1月4日出版的《公共科学图书馆·综合》上。  

　　领导该项研究的普林斯顿大学化学系教授迈克尔·赫克特表示，这是合成生物学领域的一个重大突破。方兴未艾的合成生物学领域的科学家希望设计和构造出自然界中并不存在的生物“零件”和系统，终极目标之一是使用化学物质人工合成一个完整的基因组。新研究表明，制造出能维持细胞生命的人造基因组或许指日可待。

　　之前几乎所有的合成生物学研究都强调对从自然有机体中提取出来的生命“零件”进行重组。但赫克特认为，最新研究表明，组成生命的分子“零件”并不囿于自然界中已存在的基因和蛋白质，在实验室中合成的大分子也能提供生物功能。尽管科学家已经证明，可以对蛋白质进行设计，让其折叠甚至加速反应，但新研究代表了人工蛋白质制造方面的最前沿。

　　生物大分子蛋白质是生命的物质基础，与生命及与各种形式的生命活动紧密联系在一起。人体内蛋白质的种类很多，性质和功能各异，但都由20多种氨基酸按不同比例组合而成。赫克特表示，如果一个蛋白质由100个（甚至更多）氨基酸组成，那么就可能存在更多不同的蛋白质序列。该研究团队想弄清楚，为何人体内仅有10万种不同的蛋白质，尽管可以产生的蛋白质数量比这更多。

　　因此，赫克特团队开始着手制造人造蛋白，其由自然界中并不存在的基因序列所编码。最终，他们合成了约100万个氨基酸序列，并让其折叠成稳定的三维结构。

　　研究团队另一位负责人、加州大学伯克利分校的访问学者迈克尔·费舍尔表示，研究最有趣的部分是，这些人造基因编码的信息完全是新的，并非来源于自然基因所编码的信息，而且二者之间也没有关系。

　　该团队将合成的人造蛋白插入不同的变异细菌菌株中，这些变异菌株内某些特定的天然基因事先已被删除，因此它们在特定的环境下会死亡。而实验证明，原本会死亡的细菌菌株被这种可维持生命的新奇人造蛋白质所“拯救”。赫克特说：“这些人造蛋白质同任何已知的生物序列没有关系，但它们能维持生命的生长。这是一个令人兴奋的结论，因为它证明非天然的蛋白质也能维持天然有机体系统的生命。”



　　总编辑圈点

　　虽然“人造细胞”被多家国际顶尖媒体的2010年十大科学新闻或突破金榜提名，但这并不意味着人造生命已经唾手可得。其实，文特尔只是把人工合成的基因组注入一个被掏空的单细胞细菌，并使之起死回生。然而，细胞的内涵远远不止这些。就拿其中蛋白质来说，科学家们现在对它的种类、功能和相互作用还所知甚少。所以，赫克特团队用人造基因合成出能维持天然细胞生长的蛋白质，较之文特尔的工作无疑是把人造生命的尝试又向前推进一步。



        生物通报道    近日普林斯顿大学的科学家们首次成功地构建了维持活细胞生长的人造蛋白质，这一开创性的研究成果有可能在未来帮助科学家们构建出新的生物系统。研究论文在线发表于1月4日的《公共科学图书馆》（PLoS  ONE）期刊上。

        在论文中普林斯顿的研究人员称他们构建了自然界中前所未见的遗传序列，并利用这些序列生成了可维持细胞生命的物质。“尽管这些物质是通过人造基因表达出来的，但是研究结果表明这些物质能够在活体生物中很好地发挥作用，”研究的负责人，普林斯顿大学化学系教授Michael  Hecht说道：“这一研究向我们表明除了自然界中已经存在的生物零件例如基因和蛋白质，其他的分子物质也可以用于装配生命。”

        合成生物学是近年来新兴的一个研究领域，被誉为第四次科技浪潮中的弄潮儿。合成生物学的科学家们致力于设计和构建自然界中并不存在的生物零件、组件和系统。从生命的最基本元素开始，其最终目标是构建出人工的生命系统。

      “我们的研究代表着合成生物学领域的又一个重大突破，它表明构建出能维持细胞生命的人造基因组是完全可以实现的，”Hecht说：“过去几乎所有合成生物学的研究都集中于将自然生物系统中现有的、天然存在的生物元件进行重新设计和改造。我们的研究结果表明不从自然界获取，而是通过实验室设计的方式生成的大分子也能够提供生物功能。“

        基于他们在新研究中取得的成果，Hecht和学生们已开始着手在分子水平上对一些生物进程展开研究，以确定哪些生物进程在基础水平上推动了蛋白质的常规折叠，以及某些关键序列在生存中发挥重要作用的原因。

      “蛋白质是生物体功能最重要的执行者，而氨基酸则是组成蛋白质最基本的物质。尽管参与蛋白质合成的氨基酸只有20多种，但是自然界的蛋白质却种类繁多。随着氨基酸种类、数量和排列次序的不同，每一种组合生成的都是一种独特的蛋白质。假设一个蛋白质是由100个氨基酸组成，我们知道大部分蛋白质远比这更长，那么就有可能产生天文数字的不同的蛋白质序列，”Hecht说：“而我们知道人类产生的蛋白质种类仅有大约10万种，这些蛋白质是如何进化产生的？这些特异的蛋白质特殊在何处？我们是否有机会获得更多的、未进化产生的蛋白质，并证实它们也能同样极好地发挥功能？”

        在新研究中Hecht和他的研究小组着手构建了自然界未见的遗传序列，并以此生成了人造蛋白质。此外他们还设计了大约100万种氨基酸序列，以用于折叠形成具有稳定三维结构的蛋白质。

      “这些人造基因编码的信息与自然基因的信息完全不同或者说是毫不相关，然而我们却以此获得了活的功能性的微生物，这是多么有趣的事情啊，”论文的共同作者Michael  Fisher说道。

        研究小组在成功获得一系列新的人造蛋白质后，紧接着研究人员将这些蛋白质导入到天然基因敲除的各种突变细菌株中。在预定条件下例如有限的食物供应，导入蛋白质的突变细菌获得了生存，而那些敲除基因的细菌则死亡了，这表明是人造蛋白维持了活细菌的生长。

进而科学家们又利用一系列的实验检测了不同蛋白质的作用，研究人员发现本应死亡的几种不同的细菌株在获得实验室设计的新蛋白质后均存活了下来。

      “这些人造蛋白质与任何已知的功能序列毫不相干，然而它们却能够维持生命，”Hecht说道：“这确实是非常令人兴奋的结果，这同时标志着合成生物学研究又向前迈出了重大的一步。”



（生物通：何嫱）