细胞:合成基因元件的跨物种表达有助于发现来自人类微生物组的代谢物

来源：100医疗网原创2022-04-09 17336012

超过60%的药物，包括抗生素和癌症药物，都来自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，它们已经在包括细菌、植物和人类在内的各种生命形式中进化了数十亿年。那样地

超过60%的药物，包括癌症药物，都来自于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，它们已经在包括细菌、植物和人类在内的各种生命形式中进化了数十亿年。然而，使这些结构成为可能并因此维持生命的成千上万条遗传途径仍在很大程度上未被探索，部分原因是不同物种之间遗传和分子相互作用的极其复杂的变化。

然而，在一项新的研究中，来自耶鲁大学的研究人员开发了一种新的合成生物学技术，可以作为一种通用的翻译工具来跟踪不同生物中以前未探索的基因和代谢事件。相关研究成果于2022年4月1日在线发表在《细胞杂志》(Cell Journal)上，标题为合成遗传元件的跨王国表达促进了人类微生物组中代谢物的发现。

论文的共同作者、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，你可以把它看作一种通用的遗传语言，一种可以解开生命隐藏的基因和分子的可靠线索。他说，有待探索的新领域之一是人类微生物组。在人类微生物组中，数万亿细菌与其宿主相互作用，对人类健康产生深远影响。人类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认识和开发新的医疗方法提供了巨大的前景。然而，在所有影响这些物种之间相互作用的潜在遗传途径中，只有不到1%得到了探索。

图片来自cell，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 03 . 008。

这些遗传途径的研究受到了阻碍，因为不可能在它们的自然环境之外和实验室条件下培养微生物。编码这些代谢物的基因经常被沉默，使得不可能找到天然产物。

为了研究这些相互作用，艾萨克斯和论文合著者、耶鲁大学生物分子设计与发现研究所所长杰森克劳福德(Jason Crawford)及其团队利用计算生物学和DNA合成技术，构建了由他们的计算机辅助设计软件产生的合成遗传元件(SGE)。并利用生成的SGE重新设计遗传途径：基因及其调控区，使其能在各种宿主生物中表达，包括革兰氏阴性菌、革兰氏阳性菌和真核生物，从而使生物合成能力与宿主范围的限制脱钩，激活沉默的遗传途径。基于此，他们确定了它们的分子功能。

该论文的第一作者之一、耶鲁大学的研究生Jaymin Patel说，我们重新设计了基因及其启动子的序列，这些序列控制着它们在不同生物体中的功能。

使用这种新工具，这些作者能够发现人类微生物组的遗传途径如何编码一类以前未知的核苷酸代谢物，他们称之为酪氨酸。酪西他滨具有明显的正磷酸盐特征，抑制翻译活性，并招募意想不到的生物合成机制，包括一类阿马多里合酶和流产tRNA合酶。他们报告说，这些代谢物抑制翻译活动，并与数十种其他未发现的遗传途径有关。

克劳福德说，相关但尚未表征的遗传途径广泛分布在不同的基因组中，这表明许多专门的核苷酸化学和生物多样性仍有待发现。

Isaacs实验室和Crawford实验室目前正在努力扩大这一新发现的用途，以便最终探索成千上万条以前未知的基因通路，这些通路可能解释这类代谢物在自然界中的作用，并产生可能的治疗效果。

Isaacs表示，这为使用一种全新的合成生物学发现引擎来识别数十种新的天然产物奠定了基础。我们准备好了。(100yiyao.com)

参考资料：

1.Jaymin R. Patel等人。细胞，2022，doi :10.1016/j . cell . 2022 . 03 . 008

2.合成遗传元件允许在多种宿主生物中研究分子功能

https://phys . org/news/2022-04-合成-遗传-元素-分子-功能. html

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