合成生物學(xué)周刊 33丨《科學(xué)》《細(xì)胞》《自然》發(fā)表多項(xiàng)合成生物學(xué)重要進(jìn)展/在一張圖中展示地球上的所有生物質(zhì)數(shù)據(jù)/請(qǐng)為這個(gè)視頻配上字幕！(2021-08-29期)

發(fā)布時(shí)間：2023-06-15 10:26:05

周刊關(guān)鍵內(nèi)容/Highlights○ Science：可以實(shí)現(xiàn)「進(jìn)行性 RNA 聚合」和「啟動(dòng)子識(shí)別」的RNA復(fù)制酶○ Cell：合成膜狀細(xì)胞器實(shí)現(xiàn)正交化真

周刊關(guān)鍵內(nèi)容/Highlights

○ Science：可以實(shí)現(xiàn)「進(jìn)行性 RNA 聚合」和「啟動(dòng)子識(shí)別」的RNA復(fù)制酶

○ Cell：合成膜狀細(xì)胞器實(shí)現(xiàn)正交化真核翻譯的空間分離

○ Nature Chemistry：包含 68 個(gè)密碼子的大腸桿菌誕生，可用于在蛋白質(zhì)中整合四種非經(jīng)典氨基酸

○ 在一張圖中展示地球上的所有生物質(zhì)數(shù)據(jù)

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周刊 33丨《科學(xué)》《細(xì)胞》《自然》發(fā)表多項(xiàng)合成生物學(xué)重要進(jìn)展/在一張圖中展示地球上的所有生物質(zhì)數(shù)據(jù)/請(qǐng)為這個(gè)視頻配上字幕！

01 學(xué)術(shù)界

Science：可以實(shí)現(xiàn)「進(jìn)行性 RNA 聚合」和「啟動(dòng)子識(shí)別」的RNA復(fù)制酶

RNA世界假說(shuō)認(rèn)為，在現(xiàn)代生命之前，存在著能夠攜帶遺傳信息和驅(qū)動(dòng)化學(xué)反應(yīng)的RNA分子，這一任務(wù)在現(xiàn)代生物學(xué)中逐漸被DNA和酶取代。這一理論的核心是能夠介導(dǎo)RNA的一般復(fù)制的RNA復(fù)制酶。利用實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化，來(lái)自加拿大西蒙弗雷澤大學(xué)的Peter Unrau團(tuán)隊(duì)工程設(shè)計(jì)了一種基于RNA啟動(dòng)子的RNA復(fù)制酶。該工作近期發(fā)表在Science上[1]。

與現(xiàn)代的蛋白質(zhì)聚合酶類似，它使用類似「Sigma因子」的特異性引物，首先識(shí)別一個(gè)RNA啟動(dòng)子序列，然后在第二步中，該RNA復(fù)制酶變構(gòu)實(shí)現(xiàn)RNA序列的「進(jìn)行性 RNA 聚合，Processive elongation」，對(duì)RNA序列進(jìn)行復(fù)制。該RNA復(fù)制酶亦具有可編程能力，從而可以識(shí)別不同的RNA啟動(dòng)子序列。這種基于啟動(dòng)子的選擇性聚合可以使RNA復(fù)制酶從 "非己"中產(chǎn)生"自己"，從而避免了「復(fù)制寄生蟲(chóng)」的困境。該RNA復(fù)制酶可以「夾」在其對(duì)應(yīng)的RNA模板上實(shí)現(xiàn)更高的聚合能力，這是生命早期進(jìn)化中復(fù)制的一個(gè)關(guān)鍵要求，這也使該RNA復(fù)制酶可以成為生物學(xué)中早期復(fù)制的潛在模型，

Cell：合成膜狀細(xì)胞器實(shí)現(xiàn)正交化真核翻譯的空間分離

細(xì)胞并不完全依靠基于DNA的進(jìn)化來(lái)產(chǎn)生新的功能，而是經(jīng)常利用膜的封裝或無(wú)膜細(xì)胞器的形成來(lái)分離執(zhí)行復(fù)雜操作的不同分子過(guò)程。應(yīng)用這一原則和二維相分離的概念，通過(guò)將無(wú)膜細(xì)胞器（該工作發(fā)表在2019年Science[2]）定位到細(xì)胞內(nèi)不同的膜細(xì)胞器上，來(lái)自德國(guó)約翰內(nèi)斯古騰堡大學(xué)的Edward Lemke團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了合成膜狀細(xì)胞器，可以支持各種細(xì)胞膜表面的蛋白質(zhì)翻譯。該團(tuán)隊(duì)利用這些膜狀細(xì)胞器為真核細(xì)胞配備了雙重正交的擴(kuò)展遺傳密碼，能夠在同一細(xì)胞中對(duì)不同的TAG密碼子賦予不同的生物解釋。

在幾十納米范圍內(nèi)對(duì)翻譯輸出進(jìn)行空間調(diào)整的能力不僅對(duì)合成生物學(xué)很重要，而且對(duì)理解細(xì)胞內(nèi)膜相關(guān)蛋白相分離的功能也有重要意義。該工作近期發(fā)表在Cell上[3]。

Nature Chemistry：包含 68 個(gè)密碼子的大腸桿菌誕生，可用于在蛋白質(zhì)中整合四種非經(jīng)典氨基酸

來(lái)自英國(guó)MRC分子生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室的Jason Chin團(tuán)隊(duì)在多年的研究中開(kāi)發(fā)了正交化的核糖體（O-mRNA），可以針對(duì)正交mRNA（O-mRNA）實(shí)現(xiàn)翻譯功能。這些正交化核糖體與天然核糖體并行運(yùn)行，互不干擾，所以這些正交化核糖體可以用來(lái)在蛋白質(zhì)中引入非經(jīng)典氨基酸。

Jason Chin團(tuán)隊(duì)通過(guò)結(jié)合近兩年多方面的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)展，通過(guò)計(jì)算算法優(yōu)化O-mRNA序列、表征四種完全正交的四聯(lián)體密碼子，創(chuàng)建了一個(gè)包含68個(gè)密碼子，24種氨基酸的大腸桿菌。該工作成功的在細(xì)胞內(nèi)同時(shí)引入了4種完全不同的非經(jīng)典氨基酸，并極大的提高了該系統(tǒng)中蛋白翻譯的最終產(chǎn)量。該工作近期發(fā)表在Nature Chemistry上[4]。

Nature Biomedical Engineering： Prime Editing精確糾正了小鼠的遺傳性疾病突變

Prime Editing可以誘導(dǎo)任何小規(guī)模的遺傳變化，包括插入、刪除和所有12種可能的點(diǎn)突變，且不需要供體DNA或雙鏈斷裂。但在這項(xiàng)技術(shù)被運(yùn)用到人類遺傳性疾病的治療之前，必須首先證明人類遺傳病的動(dòng)物模型的致病突變和表型是可以被糾正的。

近期，來(lái)自韓國(guó)延世大學(xué)醫(yī)學(xué)院的Henry Kim團(tuán)隊(duì)近期在Nature Biomedical Engineering上報(bào)道了Prime Editing在人類遺傳病的動(dòng)物模型中進(jìn)行測(cè)試的最新結(jié)果[5]。文章了報(bào)告了通過(guò)遞送的PE2和PE3在遺傳性肝臟疾病遺傳性酪氨酸血癥小鼠中的應(yīng)用，以及通過(guò)腺相關(guān)病毒載體遞送的PE2在遺傳性眼病萊伯先天性大腦癥小鼠中的應(yīng)用。結(jié)果表明，Prime Editing精確地糾正了致病突變，并改善了小鼠疾病表型，同時(shí)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)脫靶編輯。

在小鼠體細(xì)胞中進(jìn)行的這種高精度的Prime Editing基因編輯，使Prime Editing有可能在未來(lái)被用于人類患者的基因組編輯，但這一技術(shù)仍需要在更多的遺傳病動(dòng)物模型中進(jìn)一步進(jìn)行測(cè)試。

其他值得關(guān)注的學(xué)術(shù)進(jìn)展一覽：

Nature Communications：來(lái)自美國(guó)西北大學(xué)的一個(gè)整合的細(xì)胞體內(nèi)/體外框架，通過(guò)代謝重組的酵母提取物增強(qiáng)無(wú)細(xì)胞生物合成能力[6]。

ACS Synthetic Biology：來(lái)自上海大學(xué)的章焰生課題組在釀酒酵母中實(shí)現(xiàn)了抗癌化合物大戟二烯醇的從頭生物合成[7]。

ACS Synthetic Biology：來(lái)自天津大學(xué)的元英進(jìn)團(tuán)隊(duì)基于實(shí)驗(yàn)室進(jìn)化開(kāi)發(fā)了一種真核生物的新型DNA倒置系統(tǒng)，可以充當(dāng)可逆的轉(zhuǎn)錄開(kāi)關(guān)[8]。

Nature Reviews Materials：來(lái)自美國(guó)俄亥俄州立大學(xué)的Yizhou Dong課題組綜述了 mRNA 遞送的脂質(zhì)納米顆粒相關(guān)進(jìn)展[9]。

Current Opinion in Biotechnology：來(lái)自韓國(guó)忠南大學(xué)的Dong-Myung Kim團(tuán)隊(duì)概述了無(wú)細(xì)胞合成系統(tǒng)的歷史以及用于生產(chǎn)各種化學(xué)品和生物燃料的無(wú)細(xì)胞技術(shù)。該綜述還討論了無(wú)細(xì)胞合成的未來(lái)發(fā)展方向[10]。

02 工業(yè)界

Amyris 推出 Terasana?清潔護(hù)膚品牌

Amyris 近期宣布推出清潔護(hù)膚品牌Terasana ? Clinical。Terasana Clinical 的首款護(hù)膚產(chǎn)品「Clear + Control Healthy Skin Serum」具有保濕和抗炎特性，可以解決干燥皮膚、皮膚剝落、刺激和發(fā)紅問(wèn)題。據(jù)其官網(wǎng)稱，該護(hù)膚產(chǎn)品是一種專利配方，結(jié)合了 Amyris 的兩種可持續(xù)來(lái)源的成分—角鯊?fù)楹痛舐榉?(CBG)[11]。

Ginkgo Bioworks在生產(chǎn)大麻素上實(shí)現(xiàn)了合作里程碑

據(jù)SynbioBeta報(bào)道，大麻素公司Cronos Group和Ginkgo Bioworks近期宣布，雙方在八種生物產(chǎn)大麻素上實(shí)現(xiàn)了第一個(gè)目標(biāo)生產(chǎn)率里程碑。Cronos Group 和 Ginkgo 之間的合作伙伴關(guān)系始于2018年，目標(biāo)是獲取大麻植物中的稀有分子，以創(chuàng)造創(chuàng)新和差異化的產(chǎn)品[12]。