编辑推荐：
耶鲁大学的研究人员表示，Ochre是在大肠杆菌中创造非冗余遗传密码的重要一步，特别是，它非常适合生产含有多种不同合成氨基酸的合成蛋白质。
耶鲁大学的一个合成生物学家小组报告说，他们能够利用他们开发的一种细胞平台重新编写大肠杆菌的遗传密码——一种具有一站式密码子的新型基因组编码生物（GRO）。这种细胞平台能够生产新型合成蛋白质。研究人员说，这些合成蛋白质提供了许多医学和工业应用的希望，可以造福社会和人类健康。
GRO的创造被称为“Ochre”，它将冗余或“退化”密码子完全压缩成一个密码子，在《Nature》杂志上发表的一项新研究“用一个停止密码子设计一个基因组编码的生物体”中进行了描述。
“这项研究使我们能够提出有关遗传密码可塑性的基本问题，”耶鲁大学医学院分子、细胞和发育生物学教授、耶鲁大学工程与应用科学学院生物医学工程教授Farren Isaacs博士说，他是该论文的共同资深作者。“它还展示了设计遗传密码以赋予蛋白质多功能的能力，并开创了可编程生物疗法和生物材料的新时代。”
“遗传密码在生命的所有领域都是保守的，但例外情况揭示了密码子分配和相关翻译因素的变化。受这种自然延展性的启发，合成方法已经证明了全基因组替换同义密码子来构建具有替代遗传密码的基因组编码生物（GROs），”研究人员写道。
然而，目前还没有充分利用翻译因子可塑性和密码子简并性来将翻译功能压缩到单个密码子，并评估非简并码的可能性。在这里，我们描述了一个完全压缩翻译功能到单个密码子的GRO Ochre的构建和表征。我们将1195个TGA终止密码子替换为TAG，大肠杆菌C321中的同义TAA。然后，我们设计了释放因子2 （RF2）和tRNATrp来减轻原生UGA识别，翻译分离了四个非退化功能的密码子。
因此，Ochre利用UAA作为唯一的终止密码子，UGG编码色氨酸，UAG和UGA重新分配，将两种不同的非标准氨基酸多位点结合到单个蛋白质中，准确率超过99%。Ochre将简并终止密码子完全压缩为单个密码子，代表了迈向64密码子非简并密码子的重要一步，这将使具有非自然编码化学物质的多功能合成蛋白的精确生产成为可能，并在生物技术和生物治疗领域具有广泛的用途。”
这一进展建立在该团队2013年发表在《Science》杂志上的一项研究的基础上，该研究描述了首个GRO的构建。在那项研究中，研究人员展示了保护基因工程生物和生产新型合成蛋白质和具有“非自然”或人造化学物质的生物材料的新解决方案。
耶鲁大学医学院细胞和分子生理学副教授、该研究的共同资深作者Jesse Rinehart博士说：“Ochre是朝着创造非冗余遗传密码迈出的重要一步，具体来说，它非常适合生产含有多种不同合成氨基酸的合成蛋白质。这一突破是基于1000多次精确编辑的全基因组工程的深刻成果，其规模比我们之前所做的任何工程壮举都要大一个数量级。”
具体来说，研究人员消除了终止蛋白质产生的三个终止密码子中的两个。重新编码的基因组将四个密码子重新分配给非简并功能，包括两个用于将非标准或非自然氨基酸编码为蛋白质的重新编码终止密码子。除了在基因组中引入数千个精确的编辑之外，这项工作还需要人工智能指导的基本蛋白质和RNA翻译因子的设计和重新设计，以创建能够在其配方书中添加两种非标准氨基酸的菌株。
这些非标准氨基酸赋予蛋白质多种新特性，如免疫原性降低的可编程生物制剂或导电性增强的生物材料。
Isaacs对他所说的可编程蛋白质生物制剂的潜在“杀手级”应用感到兴奋，新平台将使其成为可能。一个这样的应用包括用合成化学物质设计蛋白质药物，以减少给药频率或不良免疫反应。该团队在2022年的一项研究中报告了使用第一代GRO的应用程序。在那项研究中，他们将非标准氨基酸编码到蛋白质中，展示了一种更安全、可控的方法来精确调整蛋白质生物制剂的半衰期。
新的Ochre细胞扩展了这些功能，用于构建多功能生物制剂。Isaacs和Rinehart目前担任耶鲁大学生物技术分拆公司Pearl Bio的顾问，该公司已授权将可编程生物制品商业化。
生物通微信公众号
生物通 版权所有
