Nat Commun:浙江大学林世贤课题组通过翻译系统的定向进化 提高了非天然氨基酸的整合效率

来源：原创网站2022-01-05 23:14

在一项新的研究中，林世贤教授的研究小组在《自然通讯》杂志上发表了一篇题为“高效天然氨基酸掺入和广义合成生长素翻译系统的定向进化”的文章

2022年1月5日/Bion/-生物学界的三国志(植物、动物、微生物)遗传密码普遍存在，它们针对各种复杂的生理功能编码相同的20种天然氨基酸。通过添加具有不同官能团的通用氨基酸(UAA)来扩展编码，有可能合成具有增强或新功能的蛋白质，并构建依赖于UAA的合成营养缺陷型。

然而，当使用UAA替代天然氨基酸时，具有相当效率和相似蛋白质产量的体内位点特异性UAA整合系统是非常具有挑战性的。2020年，来自中国浙江大学生命科学研究所的林世贤教授和他的研究团队设计了一个广泛的正交马赛克翻译系统，用于荧光UAA的翻译后修改和密码扩展。然而，与目前所有的正交翻译系统一样，这种嵌合系统的效率远低于天然氨基酸的内源翻译系统，从而抑制了其在蛋白质设计和功能研究中的应用。

现在，在一项新的研究中，林世贤教授的研究小组在《自然通讯》杂志上发表了一篇题为“高效天然氨基酸掺入和广义合成营养缺陷型构建翻译系统的定向进化”的论文。在这篇论文中，他们指导了翻译系统的进化，进化的翻译系统允许以类似于天然氨基酸的效率整合非天然氨基酸，并以可扩展的方式构建合成营养缺陷型。

使用进化的嵌合苯丙氨酸系统，可以有效地合成非天然氨基酸，并且可以以可扩展的方式构建和合成营养缺陷型。图片来自《自然通讯》，2021年，doi :10.1038/s 1467-021-27399-x

在这项研究中，林世贤的团队设计了一个嵌合苯丙氨酸(Phe)系统，该系统具有更好的整合效率，在生产全长蛋白时达到了与野生型相似的效率，并且在没有UAA的情况下具有更低的背景活性。受体茎上嵌合苯丙氨酸tRNA (chPheT)和嵌合苯丙氨酸合成酶(chPheRS)的定向进化证明了这些理想的特性，并获得了多种苯丙氨酸和色氨酸类似物。

在筛选了约1.7107个tRNA分子和13，000个合成酶克隆后，这些作者获得了能够显著提高嵌合翻译系统鉴定UAA效率的突变体。这种定向进化嵌合翻译系统可以在模型蛋白的多个位点编码多个UAAs，在多种功能蛋白中的编码效率几乎与天然氨基酸相同。同时也表现出明显的高保真。令人印象深刻的是，设计的chPheRS/chPheT显示琥珀抑制效率提高了65倍。然后将用于整合AzF的工程化chPheRS/chPheT引入到商业大肠杆菌菌株中，以构建依赖UAA的合成营养缺陷型。

林世贤教授说：“通过在必需基因中引入琥珀密码子，我们可以识别出几个严格依赖外源UAA生长的合成营养缺陷型。”他补充说，“这项研究为合成依赖UAA的合成营养缺陷型提供了一种强大的通用技术，用于抑制转基因生物和开发减毒活疫苗。”(100yiyao.com 100医疗网)

参考文献：

赵红霞等人。自然通讯，2021，doi :10.1038/s 1467-021-27399-x。

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