噬菌体让生物分子进化增速100倍

2011-4-29 21:32 来源: 中国科学院
收藏到BLOG

  据美国物理学家组织网近日报道,美国科学家在《自然》杂志上撰文指出,他们利用噬菌体,在实验室中让生物分子的进化速度提高了100倍。新研究有望让制药业使用实验室培育出来的蛋白质、核酸和其他成分按需制药。

  该研究的领导者、哈佛大学化学和生化教授戴维·刘说,大多数现代药物都由有机小分子制成,但某些情况下,蛋白质或核酸等生物大分子可能更适合用来制药。但这种生物大分子如何快速地制造一直是一大难题,新研究提供了一种新的解决办法。

  科学家表示,虽然生物分子也会自然进化,但整个进化过程耗时很长,最终结果也无法控制。因此,几十年来,科学家一直使用实验室进化(直接进化)来生产具有特定性能的生物分子,但实验室进化的速率通常为每几天一轮,而且,在此期间,科学家或技术人员需要定期对样本进行操作。

  而戴维·刘和同事研究出来的最新方法——噬菌体辅助持续进化(PACE)通过让生物分子的实验室进化和一种噬菌体的生命周期结合在一起,让蛋白质在每24小时内进化60轮。

  PACE的效率是传统实验室进化方法的100倍左右,整个实验过程也无需人为干预,大大节省了科学家的劳动成本。除此之外,新方法使用的材料也很容易获得,另外,也可通过设计,拦住某些不需要的“骗子”分子。

  科学家表示,该噬菌体的生命周期仅为10分钟,是已知噬菌体中生命周期最短的。PACE系统使用大肠杆菌的宿主细胞作为制造噬菌体细胞的工厂,使用噬菌体的基因编码让生物分子繁殖,生成所需要的蛋白质。

  科学家在《自然》杂志上写道:“实验室进化已制造出很多具有特定性能的生物分子,但一轮变异、基因表达、筛选或选择、复制过程一般耗时几天甚至更长时间,而且需要人为干预。既然进化成功与否主要取决于最终进化出的轮数,因此,一种让实验室进化更快速进行的方法能显著增强其效率。”