2018年11月8日《细胞》报道,加州大学研究者在酵母中插入一种经过特殊工程改造的DNA复制系统,诱导选定的基因在宿主酵母细胞复制过程中快速稳定地突变和进化,通过让活细胞完成大部分繁重的工作来加速和简化了定向进化。
以前,科学家为了筛选生物分子以确定是否能够实现所需的功能,他们需要在试管中构建DNA文库并将该DNA插入细胞中,这是一个费力而艰难的过程。新方法完全消除了这一步骤,让细胞的内部机器完成所有的工作。
研究者表示,使用定向进化创造一个更好的酶或蛋白(今年的诺贝尔化学奖),进化周期数量的控制是非常重要的,因为每一个周期都可以看作是迈向新功能或改进功能的一步。但如果每个循环都需要重复试管中DNA分子生物学处理,那么你只能合理地进行几次迭代。相比而言,自然进化是不断循环的,其实是在迫使细胞发展新功能的环境中培养它们,然而这个过程非常缓慢。此次,研究者找到了一种能让生物分子快速进化的遗传结构。研究者通过有针对性地将高比例的多样化转移到细胞中,迫使这些细胞从选择的任何基因发展出新的功能。该研究将进化简化为一个极其快速、直接和可扩展的过程。
除了加速和简化定向进化之外,这种新技术还可以让科学家们做一些以前很难做的其他类型的实验,比如耐药性探究。研究者在90个复制实验中进化出一种酶,以找出它能适应某种疾病的所有方式,从而得知靶标蛋白如何对某种药物产生耐药性。
研究者表示,未来的工作将集中于利用新平台不断进化抗病抗体和药物合成过程中有价值的酶。以后再也不用将抗原注射到动物体内来分离抗体,直接将它放入酵母细胞培养液以生产特定抗体。这将彻底改变蛋白质药物的发现和开发方式。
吴晓燕 编译自https://phys.org/news/2018-11-scientists-evolution-bioengineering-method.html
原文链接:http://dx.doi.org/10.1016/j.cell.2018.10.021
原文标题:Scalable, Continuous Evolution of Genes at Mutation Rates above Genomic Error Thresholds
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