分子生物学最新技术突破：按需求改造核糖体
生物学霸
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7 月 29 日，《自然》报道了分子生物学最新技术突破——基因工程师们开发出一种工具，通过控制细胞合成蛋白质的过程，让人们更好地理解蛋白质合成，探讨抗生素作用原理，并将细胞改造成合成化学物质的工厂。
核糖体是细胞中的一种细胞器，除哺乳动物成熟的红细胞外，细胞中都有核糖体存在。一般而言，原核细胞只有一种核糖体，而真核细胞具有两种核糖体。细胞利用核糖体阅读转录自 DNA 的 mRNA 信息，利用氨基酸翻译成蛋白质。
核糖体是细胞维持生存的基础，但是很难人为操作，如果核糖体被过度改造，往往会导致细胞死亡。伊利诺斯大学生化学家 AlexanderMankin 与西北大学生化工程师 Michael Jewett 联手制造出新型核糖体，这种核糖体能根据需要改变工作方式，研究结果发表在《自然》上。
核糖体是 RNA 和蛋白质超分子复合物，大小是普通蛋白酶数百倍。RNA 是核糖体主要的功能分子，制造出蛋白质时，核糖体每秒可连接 20 个氨基酸，出错率非常低。核糖体的这些特征受到 Jewett 等学者的注意。
学者们希望制造出核糖体，利用人工核糖体根据需要合成非人工设想的蛋白质分子，以开发出新药物。每个核糖体由大、小两个亚基组成的不规则颗粒。翻译前，小亚基先与 mRNA 结合，再结合大亚基构成完整核糖体，利用转运 RNA 运送的氨基酸合成多肽。
完成一条 mRNA 单链翻译后，大小亚基会再次分离。合成另外一个蛋白质时，大小亚基会再次组装，但每次组装不一定是相同的亚基，或者说不同大小亚基结合有很高的可变性。
大小亚基结合多变性让科学家设想利用核糖体成制造非天然蛋白。Mankin 和 Jewett 小组决定制造出能相互结合的两类工程亚基，但不清楚这种人工核糖体是否能在细胞内发挥作用。
他们采用一段 RNA 将一大一小亚基连接起来，研究发现这种结构能在细胞内持续存在几个月。然后他们将这种复合核糖体亚基用缺乏功能 RNA 的大肠杆菌筛选，结果发现这种工程核糖体亚基能发挥作用，维持细菌缓慢生长。然后证明这种工程核糖体亚基能与天然核糖体合作运行。
斯坦福大学结构生物学家 JosephPuglisi 说，该研究实现了在不影响目标细胞生长前提下改造核糖体的目的，开启了分子生物学新领域。他希望利用这个系统研究核糖体的功能。
麻省理工学院生物工程师 James Collins 将利用这一技术研究抗生素的工作原理。Jewett 则希望利用这个系统合成新的蛋白，或许能制造出新的抗生素或非天然蛋白质。
作者：科学网用户 @孙学军，经其授权转载
