细菌DNA移植存活不自然

第一个生物生长和复制自然DNA碱基对——给细胞六核苷酸而不是通常的四——一直由美国科学家。尽管努力工程师人工核苷酸的工作已经进行了几十年,这是第一个人工碱基对,活细胞可以纳入自己的DNA,这三个碱基对而不是两个。这项技术可以为合成生物学的发展铺平道路,使DNA代码152新的氨基酸产生独特的蛋白质。

进步的需要我们更接近扩大DNA生物会有很多令人兴奋的应用程序的,作者说弗洛伊德Romesberg来自斯克里普斯研究所的。在每个生物在自然界中存在,DNA是由两个碱基对-腺嘌呤和胸腺嘧啶(t)和胞嘧啶鸟嘌呤(c g)。但是现在,Romesberg和他的同事们设计了一个“半合成”的大肠杆菌包含一个额外的碱基对,他们被称为x - y。

新碱基对

Romesberg的实验室努力扩大DNA的低俗的字母表了20年。集团在过去十年中设计一些新的核苷酸,也有类似的结合亲和力自然同行,以及可以在自然DNA碱基对作为一个完整的字符串的一部分。他们表现最好的人工碱基对包含两个分子叫做d5SICS dNAM配对使用疏水相互作用。包含这些基地可以被复制的DNA体外DNA聚合酶-细胞机制的一部分,通常参与DNA复制。

下一步,解释团队成员丹尼斯•马里森是这碱基对集成到一个活的有机体——一个非常具有挑战性的任务。集团合成一个质粒-细菌DNA的圆截面包含单个d5SICS-dNAM碱基对。这是成功的大肠杆菌细胞。

但让细胞复制构成一个问题。因为新基地不是在细胞内,团队必须找到一个方法来供给他们的细菌,这样他们就可以被包括在新副本的DNA。

关键是工程师一行大肠杆菌与一个独特的转运蛋白,特别是可以合成基地,“马里森解释道。这是必要的,以使自然核苷三磷酸腺苷- DNA复制的构建块可用的细胞内。后搜索不同种类的团队发现运输蛋白硅藻藻类Phaeodactylum tricornutum可以运送的三磷酸腺苷d5SICS dNAM穿过细胞膜。当大肠杆菌设计来表达这种蛋白质可以人工基地添加到生长介质。这个系统使复制新碱基对的可控,如果人工基地不再“美联储”细胞,他们继续复制替换x - y与自然c g一对碱基对。

后让他们半合成正常细胞生长和分裂,研究小组利用测序技术来显示新的碱基对是保留在质粒复制。至关重要的是,x - y基地不被细胞的纠错机制,通常杂草DNA异常。15个小时增长后,保留自然的碱基对的水平估计99.4%翻倍。

令人兴奋的应用程序

突破可以打开无数可能性在合成生物学,研究小组说。新的碱基对可以扩大细胞的蛋白质生产能力——更多的基地意味着更多种类的氨基酸可以编码- 172。新碱基对也可以用来工程师新监管体系结构包括在启动子或抑制因子在细胞的基因和蛋白质,可以绑定到他们生产伙伴。

这体内DNA复制的x - y允许增加存储的信息,这将提高新药的发现和开发,诊断和疫苗,以及创建创新的产品,包括研究试剂、寡核苷酸适配子和纳米材料,”马里森说。该集团成立了一个公司,分拆出来Synthorx——将探索其中的一些可能性。

下一步将是是否新碱基对可以转录成RNA。这是早期,说Steven Benner的应用分子进化基金会的人工基地同样适用。运输的三磷酸腺苷(核苷)从细胞外到内避免了与新建立一个细胞代谢的难题,使自然的核苷三磷酸腺苷从头开始,”他说。但是他解释说,这也是一种限制。因为系统要求三磷酸腺苷放入细胞吃的“食物”,它会有一些商业应用目前的形式。

然而,Benner称赞该集团的“主要成就”。30年来,合成生物学领域的爬上了“怀疑之墙”。大多数分子生物学家和生物技术专家怀疑这将工作,特别是DNA的复制包含自然的构建块在一个活细胞,”他说。”因此,进展缓慢,大胆的研究人员像弗洛伊德(Romesberg),逐步消除这堵墙,一个实验。”