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伊利诺伊大学芝加哥分校及西北大学的研究者们设计了一个结合核糖体(a tethered ribosome),它能够像细胞内真的核糖体一样合成蛋白质和酶。人工核糖体可用于制造新的药物及下一代生物材料,并且有助于更好的理解核糖体的功能。
此人工核糖体取名Ribo-T,由UIC的分子生物科学学院药学中心主任Alexander Mankin和西北大学化学与生物工程副教授Michael Jewet创制。人造核糖体可以在实验室内操作完成许多天然核糖体不能完成的事情。
当细胞合成蛋白质的时候,首先由DNA合成mRNA(信使RNA)。然后核糖体大小两个亚基结合在mRNA上形成能够合成蛋白质的功能体,最终通过转译过程合成蛋白质。蛋白质分子合成以后,核糖体的来两个亚基会相互分离。
发表于《自然》杂志的最新研究描述了Ribo-T的设计和性质,此核糖体的两个亚基不会分离。Ribo-T可用于制备独特的及功能性的聚合物以探索核糖体的功能或产生设计者的目标,也许有一天还能制造出非生物聚合物。
没有人曾经开发出具有这种性质的东西。
Mankin说:“我们感觉Ribo-T能够’工作’的可能性很小、非常的小,但是我们真的不知道它竟然成功了!”
Mankin, Jewett及其同事们在研究中,曾经让核糖体的两个亚基在蛋白质合成的每个周期中都经历结合-分离过程,但是这种方法失败了。于是他们想,让两个亚基一直结合在一起会怎么样呢?于是他们设计了一个全新的核糖体,两个亚基是连结在一起不可分离——即Ribo-T。
Jewett说:“我们最后能做的就是通过设计一个核糖体,使核糖体RNA由两个亚基共用,并将这些小结合体连接起来,实际上我们建立了一个二元转译系统。但是令人吃惊的是,我们的混合嵌合体RNA能够在细胞内组装成功能核糖体。更令人吃惊的是在没有’野生型核糖体’存在的情况下,这一结合核糖体还能够支持细胞的生长。”
Ribo-T的效果比Mankin和Jewett设想的还有好。Ribo-T不仅能在试管中合成蛋白质,它还能在没有天然核糖体的细菌细胞内合成足够的蛋白质使细菌能够维持生命。
Jewett和Mankin对此感到非常吃惊。以前许多科学家都认为核糖体的两个亚基分离对于蛋白质的合成是必须的。“很明显,这个假设是错误的。”Jewett说。
“我们的新蛋白制造工厂有希望以一种独特的、革命性的方法扩大基因密码,为合成生物学和生物分子工程学提供令人兴奋的发展机遇。”Jewett说。
“这一方法可以通过蛋白质合成机制中最关键部分的实验来探索核糖体的功能,非常令人兴奋,这在以前是不可能达到的。”Mankin补充道。