科学家向在活细胞中制造新型聚合物迈出了一大步

核糖体具有惊人的能力,可以在蛋白质序列的开始插入新的聚合物构建块。

耶鲁大学的一个化学家团队离使用核糖体(细胞的蛋白质制造工厂)来制造设计聚合物又近了一步,包括更强、更灵活的材料和挽救生命的药物。

研究人员于6月26日在《美国化学学会中心科学》(ACS Central Science)杂志上发表报告称,核糖体具有惊人的能力,能够在蛋白质序列的开始部分插入新的聚合物构建块。

该研究的共同通讯作者、斯特林化学教授、分子、细胞和发育生物学教授Alanna Schepartz说:“这篇论文报告说,核糖体可以从凯夫拉尔纤维中发现的分子或重要抗生素的前体开始合成蛋白质。”

核糖体把氨基酸串成长长的聚合物链,然后折叠成独特的结构——每个活细胞中都有这种蛋白质。制造每个蛋白质所需的氨基酸序列由核糖体进行遗传编码和解码。共同通讯作者迪特尔•索尔(Dieter Soll)等科学家花了数十年时间研究如何将新的氨基酸引入蛋白质。索尔是斯特林学院(Sterling)的分子生物物理学和生物化学教授,也是化学教授。

在这项研究中,研究人员更进一步,发现核糖体本身可以在氨基酸和完全不相关的化学物质之间建立键。

“我们的结果完全出乎意料,因为核糖体肯定没有进化到以这种方式开始蛋白质合成,”Schepartz说。

研究人员说,这些发现代表着诱导核糖体合成非天然聚合物链的重要第一步。作者指出,由于核糖体是基于基因编码指令合成聚合物的,这些非天然聚合物的编程方式可以与细胞编程蛋白质合成的方式相同。

舍帕特说:“我们可以想象,将来用这些工具来生产新型面料,比如尼龙的透明和凯夫拉纤维的强度,或者新的疗法。”

一种被引入核糖体的分子是有价值的天然产物的前体,这些天然产物已经成为几种抗生素和降胆固醇药物的基础。

这个简短的动画演示了聚合物的制作过程。

由Schepartz领导的基因编码材料中心(C-GEM)的任务就是从活细胞中制造出具有特定序列和长度的化学聚合物。C-GEM汇集了具有广泛专业知识的科学家,包括通信作者Soll和Scott Miller, Irenee du Pont化学教授和合成化学专家。

“这一发现是C-GEM高度跨学科协作环境的直接结果,”Miller说。C-GEM是2017年在耶鲁大学成立的国家科学基金(NSF)化学创新中心。这个项目的同事包括安捷伦的同事欧默·阿德,博士后同事凯尔·霍夫曼和安德鲁·凯恩斯,以及研究生亚伦·费瑟斯顿。

美国国家科学基金会化学部门代理主任卡罗尔·贝塞尔(Carol Bessel)表示:“2017年向我们提出的这个项目被认为高风险但回报高。”“我们很高兴看到他们在这方面取得进展,因为他们正在利用生物化学,为新的或难以制造的分子和聚合物设计新的合成途径,这些生物化学经过数千年的进化。”

新闻旨在传播有益信息,英文原版地址:https://news.yale.edu/2019/06/26/scientists-take-big-step-towards-producing-novel-polymers-living-cells

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