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称为定向进化的过程,科学家们重新设计生物分子找到那些执行有益的新功能。这个领域是药物开发方式的一场革命,化学工程和其他应用程序,但实现它的承诺需要艰苦的和费时的实验室工作。
在今天发表在《细胞》杂志上的一项研究中,加州大学欧文分校研究人员报道,他们已经加速和简化定向进化通过活细胞大部分的重任。通过特制的DNA复制系统插入酵母,科学家们能够诱导选择基因快速和稳定变异和发展作为东道主酵母细胞复制。
“通过移动高多元化目标的方式进入细胞,我们可以成长和压力这些细胞从任何基因进化成新的东西我们的选择,”第一作者Arjun Ravikumar说,谁赢得了本月早些时候他在UCI的生物医学工程博士学位。“我们的工作减少了进化是极快的,简单的和可伸缩的过程。”
以前,科学家筛选生物分子所需的功能是否已经实现,他们需要建立一个DNA库在试管中,将DNA插入到细胞,费力和困难的过程。UCI团队取消了这一步完全在他们的新方法,让细胞的内部机械做的所有工作。
据资深作者Chang Liu UCI的生物医学工程助理教授,当使用定向进化创造一个更好的酶或蛋白——的工作赢得了今年的诺贝尔化学奖——进化周期的数量变得非常重要,因为每一个可以被视为一个一步一个新的或改进的功能。“但如果每个周期都需要重复的试管DNA分子生物学处理,只能合理经过几个迭代,”他说。
”相比之下,自然进化周期连续运行,基本上由培养细胞随着时间在一个压力的环境中他们开发一些新的功能;从生物分子工程的角度看问题是过程非常慢,”刘说。“我们已经找到一种遗传体系结构允许将生物分子进化非常快。”
除了加速和简化定向进化,刘说这项新技术可以让科学家们执行额外的类型的实验,他们很难做。例如,在他们的研究中,UCI的研究人员描述了他们在90年进化酶复制实验,以找出所有的方法可以适应一定条件——在这种情况下,如何对某些药物产生抗药性疟疾的目标。
“有很多方法解决一个特定的进化挑战如耐药性,所以能够运行进化实验的规模,我们允许我们捕捉和理解更多的可能性,给我们治疗耐药性相关的深入了解,”刘说。
未来的工作将集中在让新平台不断发展抗病抗体和药物合成有价值的酶,他补充说。
”而不是注入抗原动物为了分离抗体,想象把它变成一个文化的酵母细胞,它出来作为一个特定的抗体,”他说。“可以改变这些和其他蛋白质药物是如何发现和发展。”
弗朗西斯·阿诺德-莱纳斯鲍林化学工程教授,加州理工学院的生物工程和生物化学,她赢得了2018年诺贝尔化学奖的开创性贡献的领域——说,“构建新的蛋白质定向进化是一个功能强大的方法,但它可以受益于技术创新。刘教授和Ravikumar博士的技术已经开发出将刺激新的应用程序和新途径的调查将继续扩大我们的能力构成新的DNA。”
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