生命的重新设计

在合成生物学的时尚新领域工作的步伐加快。海莉桦树看着一些快速发展的领域的最新发展

如果自然是一个公司,这将是一个非常艰难的竞争对手。想想:生产数以百万计的不同产品,只考虑其蛋白质,想出了一些坚如磐石的系统,支撑整个行业,也许最明显的是所谓的分子生物学的中心法则,一个概念首先提出的弗朗西斯·克里克:DNA产生RNA产生蛋白质。

幸运的是科学,自然不持有任何专利,所以这只是一个案例的理解产品,或过程,并复制它,奇怪的调整,将我们的优势。阿司匹林,今天的一个最广泛使用的止痛药,著名的仅仅是调整远离水杨酸-植物激素在柳树皮,从那里来的药物。最近,科学家发现一种新的方式借用大自然时发明了基因工程。

现在,在21世纪,科学家们决定是时候重新设计。新一代的化学工程师和系统生物学家们聚集在一起形成一个竞争对手公司,他们称之为合成生物学。不满足于自然生物修补和受到限制的陈旧的系统,合成生物学家正在煽动激进的改革。对一些人来说,这是据re-conceptualising整个可用来合成业务的范围扩大产品和功能。

至于应用程序,这取决于你问谁。生物燃料、毒品、传感器和生物修复都广泛引用,但一些领域坚持如此年轻,还为时过早。不过,当你再造生物学本身,为什么画一条线?

打败了系统

一些类比,合成生物学比生物学本身是更接近于工程。社区甚至创建了一个标准的生物学理论为构建生物系统和设备。生物医学系统工程师理查德·Kitney伦敦大学帝国理工学院,英国解释说,合成生物学家采用模块化的工程概念。“你生产标准系统标准设备和标准部分,”他说。所以这意味着你不需要每次都回到起点。你可以构建复杂的尝试和测试设备的生产从尝试和测试部分。这很重要,在我看来是一个大区别合成生物学,说,遗传工程。

杰森的下巴,蛋白质与核酸化学专家剑桥大学的英国,说,不是由特定的应用程序驱动的领域,为基因工程通常是,但试图了解细胞和生物体的原理可以合理设计。不仅仅是建立新的分子,如人性化抗体;是关于串联整个生化或细胞内信号通路产生可预测的输出。

想的问题工程师全新的途径进入细胞,然而,是自然途径往往会影响——通常以复杂的方式,很难选择。下巴的团队已经采取一种方法来处理这种干扰是建立所谓的正交组件。”这些都是专门设计的真正关键分子或者版本的这些分子在细胞中不与内源性分子,交互的下巴说。他们专门与分子相互作用,我们希望他们与传播的信号。”

他的团队正在建设一个全新的系统翻译核糖核酸(RNA)蛋白质的氨基酸序列。这个计划是解冻冷冻事故的遗传密码——冻结,下巴说,因为所有的机械执行它是普遍的。因此,下巴不但使得新版本的适配器分子-转移rna或转运rna和关键酶称为氨基酰基tRNA合成酶,编排这一过程,他们也设计新的核糖体,是组装的复合物多肽链。他们目前能够使用这些新部件和设备制造蛋白质包含一些非天然氨基酸,但从长远来看希望使完全不自然细胞的聚合物,可继承的属性。

下巴的系统运行与细胞的蛋白质生产系统。的意图,最终,要完全取代自然系统?我认为我们所做的是说的一部分细胞做所有这些事情,它确实很好,所以为什么不利用,并添加它吗?”他若有所思地说。有有兴趣的人完全概括自然生物体外。这不是我们感兴趣的东西。我们感兴趣的问一个问题:如果你当前的生活,你能综合发展它朝着一个有更多的生命形式,而不是取代已经存在什么?”

根据本·戴维斯,牛津大学化学生物学家英国,它应该可以避免克里克的中心法则——他具有“传送带”系统,通过使用化学直接重组蛋白质。他认为天然蛋白质生产的范围有所限制,因为它只使用20种氨基酸。“当然,大自然的聪明,但大规模有限,”他说。“为什么我们不能让200种不同的氨基酸,或2000年,我们有颜色的所有层次和功能要在蛋白质吗?如果我不得不猜测事情可能会的方式,我认为合成生物学将是这样的。”

创建新功能

然而最近,戴维斯一直在探索另一个系统扩展的功能蛋白质。他的团队是使用化学标记方法,允许选择性吸附细菌的碳水化合物,蛋白质,从而创建一个数组的合成糖蛋白。标签是特定的官能团在自然或非自然氨基酸可以通过引入DNA序列的变化。对修改这些官能团单一标记蛋白质通过糖基化反应。

戴维斯的新糖蛋白有非常明显的现实世界的应用程序——它把疾病蓝色。通过结合两个化学标记及其后续的修改,团队创建了一个网站,可以把人类炎症蛋白质P-selectin,发现里面的血管。P-selectin就像一只手伸出来抓住白细胞炎症并拖动他们到网站,帮助抵御疾病。新合成的蛋白质与P-selectin旨在“握手”,模仿免疫细胞上的结合位点。

我们鉴于这种蛋白质合成一个新的能力,释放一种颜色可以用于图像疾病——和我们耦合与MRI图像以一种非侵入性的方式,”戴维斯解释道。我们用这个多发性硬化的动物模型,我们发现我们可以通过脑型疟疾做类似的事情。的东西,大多数人死于感染疟疾是脑型疟疾——大脑——所以如果你能早些时候发生的,你知道你有危险。但自然没有这样做的一种方式。它只是打架。”

因此,尽管专家们强调合成生物学的研究处于相对初期的阶段,很难不被受到广泛的对医学的影响。的一个项目,现在已经成了这个小镇的一个典型代表合成生物学是Jay Keasling啤酒酵母的再造,酿酒酵母,以生产抗疟疾药青蒿素的前体(见必威体育 红利账户,2008年7月,p44)。可以从青蒿中提取药物,但其价格标签所说的那些最需要的人。负责人科斯林的合成生物学工程研究中心的加州大学伯克利分校构建合成青蒿素生产途径使用基因在酵母从黄花蒿创建一个更便宜的药物来源。

科斯林解释说,这涉及实质性重组酵母的代谢至少十几个基因的插入。这是为什么它成为合成生物学项目;因为大小,还因为很好的控制我们需要对所有基因的代谢途径采取中央中间-乙酰辅酶a和把它变成青蒿素的抗疟疾药物,”他说。扩大为大规模生产目前正在与a公司生物技术合作,与到达加州,市场预测,2010 - 2011。

根据Kitney,最初的青蒿素项目仅仅是代谢工程的延伸,但第二代涉及真正的代谢途径合成生物学原则——分为松散可以称之为设备,聚在一起产生的整体网络或药物。科斯林说,生产一个全家的方法提供了一个模板不同的化学物质,包括亲戚的蒿素可以用来战斗的耐药性;化疗药物紫杉醇;和生物燃料——他和a公司正在把他们的注意力。

我们已经创建了一个微生物,是一个平台人工合成化学物质,如青蒿素和事实证明,这个家庭的化学物质非常大,”他说。”因为他们碳氢化合物,我们现在把这个项目试图使用这些平台微生物合成生物燃料。我们必须提高他们更让产品以更高的滴定度,因此成本较低,但它是一个非常相似的应用程序。

开始生活

房间里的大象,合成生物学而言,当然,人工生命——细胞和生物体完全综合。虽然眼前的目标可能再造自然分子和途径,这些事业提供的见解,这样的追求是不可避免地开放重新设计生命本身——的可能性等目标,科学家J Craig Venter已经争取(见必威体育 红利账户,2008年7月,p48)。

戴维斯最近创建的一种人工细胞栩栩如生的特色。他的“原始细胞”是一个综合了糖的合成lipid-bound容器在其周围的pH值的变化。糖允许原始细胞与细菌通过群体感应的媒介——一种细胞间信号通常只出现在细菌种群。有注意到相似群体认可的信号分子发光细菌鳗弧菌戴维斯和他的原始细胞产生的糖,不知道会发生什么,如果两人住在一起。果然,原始细胞的合成糖导致细菌照亮它将在响应来自自然的信号错误。