2022-04-05 13:17

合成遗传元素可以研究多种宿主生物的分子功能

Synthetic genetic element allows study of molecular functions in a variety of host organisms

超过60%的药物,包括抗生素和癌症治疗药物,都来自于由代谢基因编码的小分子形式的天然产物。这些分子通常形成复杂的化学结构,在跨越细菌、植物和人类的各种生命形式数十亿年的进化过程中形成。然而,使这些结构成为可能并因此维持生命的成千上万个个体基因途径在很大程度上仍未被探索,部美国eb1a移民分原因是物种间基因和分子相互作用的多样性令人生畏的复杂性。

然而,耶鲁大学的科学家们已经开发出一种新的合成生物学技术,作为一种通用的翻译器,可以跟踪以前未被探索的基因和不同生物体的个体代谢活动,他们在4月1日的《细胞》杂志在线版上报道。

耶鲁大学文理学院分子、细胞和发育生物学副教授法伦·艾萨克斯(Farren Isaacs)说:“你可以把它看作是一种通用的遗传语言,一种可以解开生命中隐藏的基因和分子的罗塞塔石(Rosetta Stone)。”他也是这篇论文的资深作者之一。

他说,人类微生物群是有待探索的新领域之一,数万亿细菌与宿主相互作用,对人类健康产生深远影响。微生物组和人类细胞之间的遗传相互作用为提高对疾病的理解和开发新的医学疗法提供了很大的希望。然而,在所有影响物种间相互作用的潜在遗传途径中,只有不到1%的途径得到了探索。

这些基因途径的研究一直受到阻碍,因为微生物无法在其原生环境和实验室条件之外生长。而编码这些代谢物的基因通常是沉默的,这使得自然产物的发现变得不可能。

为了研究这些相互作用,艾萨克斯的实验室和资深作者杰森·克劳福德(化学和微生物病机学副教授,生物分子设计与发现研究所所长)使用计算生物学和DNA合成创造了一个单一的“合成遗传元素”,或称SGE。SGE由该团队开发的计算机辅助设计软件生成,它重新设计了遗传路径,使它们能够在各种宿主生物体中被激活,从而让研究人员确定它们的分子功能。

“我们重新设计了基因序列及其启动子,这些启动子控制着它们在不同生物体中的功能,”耶鲁大学克劳福德和艾萨克斯实验室的研究生、该研究的第一作者杰明·帕特尔(Jaymin Patel)说。

使用这种新工具,研究人员能够发现人类微生物组的一种遗传途径是如何编码一种以前未知的代谢物的,他们称之为tyrocitabines。研究人员报告说,这些代谢物抑制了翻译活性,并与数十种尚未发现的其他途径有关。

克劳福德说:“相关但目前未被鉴定的路径广泛分布在不同的基因组中,这表明许多特殊的核苷酸化学和生物多样性仍有待发现。”

这两个耶鲁实验室现在正致力于扩大这一新发现的应用范围,最终探索数千种以前未知的基因途径,这些途径可能解释这些代谢物在自然界中的作用,并产生可能的治疗效益。

艾萨克斯说:“这为使用一种全新的合成生物学发现引擎来识别几十种新的天然产物奠定了基础。”“我们已经准备好了。”