中国基因网

中国基因网您的位置：首页 >行业资讯 >

自然界的20个氨基酸遗传密码是利用扩展的遗传密码优化进化蛋白质的吗?

2018-12-30 20:24:52 • 来源：

近年来，科学家们利用扩增的遗传密码对细菌进行了改造，使之产生由更广泛的分子构建块制成的蛋白质，这为蛋白质工程开辟了一个有前途的前景。

自然界的20个氨基酸遗传密码是利用扩展的遗传密码优化进化蛋白质的吗?

现在，斯克里普斯研究中心的科学家们已经证明，这种合成细菌可以在实验室里进化出具有更强特性的蛋白质，其机制可能是自然界的20种氨基酸构建模块无法实现的。

用人工扩增的遗传密码将细菌暴露在通常无法生长的温度下，研究人员发现，一些细菌进化出了新的耐热蛋白质，这些蛋白质在通常不会被激活的温度下保持稳定。研究人员在《美国化学学会杂志》(JACS)上报告了他们的发现。

事实上，地球上的每一种生物都使用同样的20种氨基酸作为制造蛋白质的基本原料——蛋白质是执行大多数细胞功能的大分子。彼得·舒尔茨博士的资深作者江淮纸和斯克里普斯研究的总裁兼首席执行官,开创了一个方法来重新编程细胞的蛋白质生物合成的机器添加新的氨基酸蛋白质,称为不在经典里的氨基酸(ncaa)的化学结构和性质没有找到共同的20种氨基酸。

这种扩增的遗传密码过去曾被用于合理设计具有新特性的蛋白质，作为研究蛋白质在细胞中如何工作的工具，以及作为治疗癌症的新精密工程药物。研究人员现在提出了一个问题:从进化适应性的角度来看，21个氨基酸编码是否比20个氨基酸编码更好?

舒尔茨说:“自从我们第一次扩大了可以与蛋白质结合的氨基酸的范围以来，许多工作已经投入到使用这些系统来设计具有新特性或增强特性的分子。”“在这里，我们已经证明，将扩展的遗传密码与实验室进化相结合，可以创造出具有增强特性的蛋白质，而这些特性在自然界较为有限的基因中可能难以实现。”

科学家们首先对大肠杆菌的基因组进行了调整，这样大肠杆菌就可以利用21个氨基酸编码而不是普通的20个氨基酸编码来产生高丝氨酸o-琥珀酰转移酶(metA)。作为一种重要的代谢酶，metA决定了大肠杆菌生长的最高温度。超过这个温度，metA开始失活，细菌死亡。然后研究人员制造了metA突变体，在这种突变体中，天然蛋白质中的几乎所有氨基酸都可以被21种非标准氨基酸取代。

在这一点上，他们让自然选择——进化的核心机制——发挥它的魔力。通过将细菌加热到44摄氏度——在这个温度下，正常的metA蛋白无法发挥作用，因此，细菌无法生长——科学家对细菌种群施加了选择性压力。正如预期的那样，一些突变细菌能够存活超过它们的典型温度上限，这要归功于它们拥有一个更热稳定的突变元——所有其他细菌都死了。

通过这种方式，研究人员能够驱动细菌进化出一种突变后的中间酶，这种酶能够承受比正常温度高21度的温度，比人们通常在受到限于普通20个氨基酸构建块的突变时所能达到的热稳定性提高近两倍。研究人员随后确定了导致突变元的特定遗传序列变化，并发现这是由于他们的一种非典型氨基酸的独特化学性质，实验室进化以一种聪明的方式利用这种氨基酸来稳定蛋白质。

舒尔茨说:“用自然界中不存在的一种新氨基酸进行如此小的突变，却能使这种蛋白质的物理性质得到如此显著的改善，这一点令人吃惊。””这个实验提出了一个问题:20个氨基酸密码是否最优的遗传代码我们发现生命形式与扩展代码会有进化优势,我们会是什么样子,如果上帝曾在第七天,几个氨基酸添加到代码?”

郑重声明：本文版权归原作者所有，转载文章仅为传播更多信息之目的，如有侵权行为，请第一时间联系我们修改或删除，多谢。

推荐内容