合成生物催化剂工程,摘译自:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.1c00430

在所有生物体中,基因组DNA通过自身编码的蛋白质不断复制,并经过多次复制而进化。这种持续的复制与基因表达和由此产生的适应性进化是生物的基本功能,但这些功能之前从未在无细胞系统中实现。目前,在体外构建了细胞、病毒和人工的DNA复制系统。然而,这些DNA复制系统不能多代连续复制,从而不能适应性进化。目前,还没有方法能将将DNA复制和表达连续且互不干扰,实现基因表达耦合的适应性进化。

近期,来自日本东京大学的Norikazu Ichihashi等人成功实现了无细胞DNA复制与表达,相关文章发表在ACS Synthetic BiologyContinuous Cell-Free Replication and Evolution of Artificial Genomic DNA in a Compartmentalized Gene Expression System。该系统由一个环状DNA和大肠杆菌重组翻译体系构成(包括T7 RNA聚合酶和dNTP)。环状DNA利用自身编码的phi29 DNA聚合酶滚环复制产生长单链DNA,然后合成互补链产生长双链DNA。在这个过程中,T7 RNA聚合酶合成的RNA可以作为DNA复制的引物。随后在自身编码的Cre重组酶的催化下重组,形成环状DNA,该产物的大小取决于重组位点。他们将该系统封闭在微小的油包水液滴中,稀释后进行PCR。在第30个循环分离的环状DNA积累了一些突变,聚合酶活性提高,并降低了重组酶对聚合酶的抑制作用,分离的DNA表现出比原DNA更高的复制能力。

环状DNA利用自身编码的蛋白质不断复制,并自主改进其序列,为开发更复杂的人工细胞提供了有用的起点。

(杨思琪 摘译)


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