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快速定向进化技术 几天即可“造出”新分子

2019-07-12

  科技日报华盛顿7月6日电 (记者刘海英)美国北卡罗莱纳大学医学院研究人员近日在《细胞》杂志线上版刊发研究报告称,他们开发出一种可用于哺乳动物细胞的,可在几天内产生具有特定性质的新分子,其效率远高于目前使用的定向进化方法。

  定向进化是美国科学家弗朗西斯·阿诺德上世纪90年代提出的概念,通过在实验室内模仿自然进化的关键步骤——突变、重组、筛选,在较短时间内完成漫长的自然进化过程,从而获得具有新的功能和特性的蛋白质。这一方法具有明确的人为设定目标,能让科学家重新设计分子,已成为新药研发、化学工程等领域的重要研究工具。阿诺德也因在定向进化研究方面的开创性工作获得了2018年诺贝尔化学奖。

  此次,北卡罗莱纳大学研究小组开发的定向进化系统,使用辛德毕斯病毒作为待修饰基因的载体,通过宿主细胞内部的遗传驱动序列实现选择,因而被称为“遗传驱动序列的病毒进化”,或“VEGAS”。因为这一系统在哺乳动物细胞中起作用,所以可用于改造人类、小鼠或其他哺乳动物的蛋白质,这是传统的基于细菌细胞的定向进化方法很难做到的。

  在研究报告中,研究小组详细介绍了他们使用VEGAS系统改造四环素反式激活因子、G蛋白偶联受体(GPCRs)以及变构纳米抗体的情况。三项实验皆在不到一周时间内成功完成,这比目前已有的定向进化方法要快了许多。

  研究人员指出,目前的定向进化技术大多费力且耗时,且通常应用于细菌细胞,在人类蛋白质研究方面的应用并不理想。他们开发的新系统,则为科学家提供了用于哺乳动物细胞定向进化的有力工具,有望推动新的分子工具和疾病疗法的开发。

  总编辑圈点

  如果你有心,也许还记得,正是凭借在酶的定向进化领域的瞩目成就,美国科学家弗朗西斯·阿诺德荣膺2018年的诺贝尔化学奖。这一技术从自然进化规律中获得启发,在实验室的科学研究中,用人工诱导代替自然选择,从而实现分子的定向进化。如今这种技术正广泛用于医疗、化工等行业,而且还在不断迭代升级。

(责编:赵竹青、乔雪峰)

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