Nature子刊：成功合成人造核糖體
日期：2013-07-03 09:00:11
核糖體是負責蛋白質合成的重要細胞結構，美國西北大學和哈佛大學的研究人員首次通過模擬天然程序，成功在體外合成了有功能的核糖體。文章于六月二十五日發表在Nature旗下的Molecular Systems Biology雜志上。
在體外人工構建核糖體，一直是合成生物學領域的研究熱點。在此之前，人們也嘗試了多種合成途徑，但結果都不理想。現在，西北大學的Michael C. Jewett和哈佛大學醫學院的George M. Church領導研究團隊，在天然酶的幫助下，模擬了細胞內的核糖體生成途徑，獲得了有功能的人造核糖體。
這項研究可以幫助人們進一步理解核糖體的形成和功能，開發更有效靶標核糖體裝配的抗生素，設計具有特殊功能的新型核糖體，甚至構建人造細胞。
“我們的方案是一鍋法合成（one-pot synthesis），將編碼核糖體RNA的基因、天然核糖體蛋白和大腸桿菌E. coli的酶結合在一起，以模擬天然過程的方式構建人造核糖體，”西北大學的助理教授Jewett說。
核糖體由57個元件（三條RNA鏈和54個蛋白）組成，負責將信使RNA翻譯成為蛋白，是細胞的核心細胞器之一。核糖體生產的蛋白在細胞中執行各種各樣的功能，決定著細胞的生存和特性。
“我們通過模擬天然過程，合成了人工核糖體，為研究核糖體的合成與裝配開辟了一條新途徑。這項研究將幫助人們進一步理解和控制翻譯過程，”Jewett說。“利用這一技術，人們可以設計并合成改良版的核糖體，為其賦予特殊功能，而這將是合成生物學領域的一大進步。”
這項研究中的合成技術被稱為iSAT（integrated synthesis, assembly and translation），研究顯示，iSAT技術可以在一次反應中實現核糖體的合成、裝配和功能。研究人員用人工合成的核糖體翻譯螢光素酶，以此驗證了人工核糖體的功能活性。隨后他們又向核糖體中引入點突變，給核糖體賦予了克林霉素抗性，展現了iSAT合成改良型核糖體的能力。
“這項研究是實現完全人造核糖體的重要一步，”Jewett說。下一步，研究人員希望人工合成全部57種核糖體元件（包括54種蛋白），并在這些人工元件的基礎上構建有功能的核糖體。
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