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Nature:科学家生成世界首个人工酶

2014/12/04 来源:生物通/王英
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导读
最近,英国医学研究委员会(Medical Research Council,MRC)的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶,是由自然界中不会产生的分子制成,能够在实验室引发化学反应。相关研究结果发表在2014年12月1日的《自然》杂志。


最近,英国医学研究委员会(Medical Research Council,MRC)的科学家们生成了世界上第一个由人工遗传物质制成的酶。他们的合成酶,是由自然界中不会产生的分子制成,能够在实验室引发化学反应。

相关研究结果发表在2014年12月1日的《自然》杂志(Nature),为生命的起源提供了新的见解,也为全新一代药物和诊断法的开发,提供一个出发点。

这些结果基于MRC分子生物学实验室以前的工作,他们生成了称为“XNAs”的合成分子,这些分子能够以类似DNA的方式储存和传递遗传物质。

该研究小组用实验室自制的XNAs作为构建模块,制备了“XNAzymes”,它能引发简单的反应,例如切割或缝合小片段RNA,就像天然酶一样。

MRC 分子生物学实验室的Philipp Holliger博士带领了这项研究,他说:“地球上所有生命都依赖于一系列的化学反应,从消化食物到在细胞中制造DNA。这些反应大多数在环境温度和压力下发生的太过迟缓,需要酶来启动或‘催化’这个过程。”

我们的每一个细胞都含有数千种不同的酶,其中许多是蛋白质。但是生命所必需的一些关键酶是由RNA执行的,生命本身就被认为是开始于一种自复制RNA酶的进化。

Holliger博士解释说:“直到最近,人们认为,DNA和RNA是能够储存遗传信息的唯一分析,连同蛋白质——能形成酶的唯一生物分子。我们的研究表明,原则上,这些自然分子可能有一些替代品,能够支持生命所需的催化过程。生命对RNA和DNA的”选择“可能是一个史前化学事故。

本文第一作者、剑桥圣约翰学院博士后、Phil Holliger实验室的Alex Taylor博士补充说:“用自然界并不产生的构建模块产生合成DNA(现在的酶),也提出了一个可能性,即如果在其他行星上有生命存在,也可能涌现出一系列完全不同的分子,从而扩大了可能拥有生命的行星的数量。”

DNA和RNA是生命的构建模块,储存我们所有的遗传物质,并传递给后代。

在2012年,Holliger博士研究小组表明,有六种替代分子(称为XNAs),也可以储存遗传物质并通过自然选择而进化。现在他们已经将这一原则扩展到,首次发现了四种不同类型的合成催化剂,由这些完全非天然的构建模块形成。

XNAzymes能够催化简单的反应,如在试管内切割和连接RNA链。其中一种XNAzymes甚至可以将XNA链连接在一起,这代表着制备一种生命系统的第一步。

因为他们的XNAzymes比天然酶更稳定,科学家们相信,这些合成酶可能对于开发一系列疾病的新疗法非常有用,包括癌症和病毒感染——它们利用身体的自然过程在体内生根。

Holliger博士补充说:“我们的XNAs化学性质非常强大,因为它们并不存在于自然界,它们不会被身体的自然降解酶所识别。这可能会使它们成为破坏疾病相关RNA的长期疗法的一种诱人候选。”

MRC分子和细胞医学董事会主席Patrick Maxwell表示:“合成生物学正在提供一些令人惊叹的进步,有望改变我们理解和治疗疾病的方式。UK很擅长这一领域,这一最新进展提供了诱人的前景,我们可利用设计的生物学部分,作为一种全新疗法和诊断工具(它们更有效并具有更长的保质期)的出发点。”

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