DNA编辑首次实现“硼-碳键”生物制造(合成生物掀起绿色生产新浪潮)

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楼主 2022-06-20 06:11:04
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在合成生物学领域,各种生命被科学家们随手拿来制造药品、农药、甚至“智能小机器人”。只有想不到没有做不到。去年,Arnold的研究小组报道生产硅-碳键的细菌发表了一篇《Science》,今年11月29日,他们又拿出了生产硼-碳键的细菌发表了一篇《Nature》。

分子中含有硅-碳键的有机化合物被称为有机硅化合物,在工业界具有广泛用途。硼与一些有机基团生成的有机化合物被称为有机硼化合物,除了在有机合成方面应用广泛以外,有机硼化合物还可用作聚合反应的引发剂、煤油抗氧化剂、肥料、杀菌剂和抗癌药等。


“用生物代替化工生产更环保、更经济、中间产物毒性更小,”Arnold说。

“这次,前所未有的,我们赋予生命体生产一种新化学键的能力,”Arnold说。“但这仅仅是个开始,我们将开辟一个全新的发明创造探索空间。”



人类正逐渐将改造自然和利用自然的本领发挥到极致。


早在1990年代,Arnold就开发了一种被称为定向进化(directed evolution)的方法,诱使细菌制造含硼化合物。他们让酶在实验室中进行进化以完成预期功能,以生产自然生物界中不存在的化学键。


科学家们从一种由热泉细菌生产的细胞色素c(cytochrome c)变异体蛋白开始,突变了编码该蛋白的DNA,然后把突变DNA序列放入上千个细菌细胞内,看哪些细菌能生成所需的硼-碳键。筛选出的突变DNA再经过数次突变-检测循环,直到细菌们高度熟练硼-碳化合物组装。


他们总共制造了6个版本的蛋白,每种都能自如运用硼-碳键组装分子,但是6种分子的结构稍有不同。研究结果证明,在生产原理完全一致的情况下,细菌们的目标产出率比合成化工法高400倍。


“蛋白质DNA就像软件,能黑客也能被重写,”文章一作Jennifer Kan说。“传统化学,如果你想生产某个新东西,你必须重新合成一整套化学催化剂。但是合成生物不同,你只需修改DNA,告诉细菌你想要的东西长什么样。”


“硼是化学界的无名英雄之一,虽然它不经常被人挂在嘴边,但它对化学界的贡献非常巨大。最近美国宇航局的好奇漫游者在火星上发现了硼元素,这是一颗星球可能适合居住的标志性条件之一。我们很高兴,成为率先把硼元素放进合成生物工具箱的人。”


原文标题


Genetically programmed chiral organoborane synthesis


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