作者:David R. Liu 来源:《自然—化学》 发布时间:2013-4-8 10:33:04
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利用遗传物质密码可合成聚合物
 
据物理学家组织网4月2日报道,美国哈佛大学研究团队开发出一种新方法,可利用遗传物质密码创建合成聚合物。该方法“进化”出的合成聚合物或可具有新的,或改进性的功能,如作为化学反应催化剂或是增强疾病治疗潜力。相关研究成果发表在最新一期《自然—化学》上。
 
在生物学中,像DNA(脱氧核糖核酸)、RNA(核糖核酸)和蛋白质这样的大分子是最常见的聚合物,这些聚合物具有显著的特性。相比而言,人类创建带有量身定制性能的人造聚合物的能力却非常有限。曾有研究人员设法利用遗传密码创造出合成聚合物,但他们的努力常常受阻于新分子一定要与创建它们的基因模板相似。
 
为了解决这个问题,哈佛大学化学生物学教授刘大维(音译)领导的团队转向一个可在自然界中发现的类似过程。该系统不允许新聚合物模块直接与DNA模板发生作用,而是依赖于一个“转接器”分子。每个转接器都带有聚合物的一部分,与模板绑定后形成新的聚合物。在过程的最后一步中,转接器被切断,让合成聚合物根据基因模板创建出来。
 
该系统的一个有趣功能是由此产生的合成聚合物不必与DNA模板具有任何结构关系。该系统与DNA碱基相结合的部分是转接器分子,所以可从模板中进行物理删除。该整体策略严重“抄袭”自然界中的蛋白合成过程,即tRNA(转移核糖核酸)分子绑定一个信使RNA链,其携带的氨基酸拼接形成蛋白质。
 
理论上讲,由基因模板引导创建的新合成聚合物也能“进化”出独特的性能,而这几乎不可能在实验室中设计出来。譬如,假设你想创建一个合成分子,其能打开与癌症相关蛋白的一个特定基因的表达。你可能会检索现行研究成果,寻找关于如何建立这样一个分子的线索,你或许还会用你的化学知识确定哪些分子是可能的。但是,对于这种复杂的分子目标,这些努力常常是无功而返。
 
进化的力量使实现这些雄心勃勃的目标变得更为可行。绑定某个非常明确的分子并创造生物反应,对于高分子科学家来说要从零开始设计是非常困难的,但对大自然的进化来说并不难。大自然经历了数百万几代人的半随机尝试,每一代中策略的最成功部分通过其分子秘密传给下一代。进化是迭代的,任何一代的小进步,都被继承下来并在以后发展成重大的成功。
 
刘教授表示,他的下一个目标是要利用这个系统进化出能实现更为复杂功能的合成聚合物,然后将其折叠成结构化的三维形状,绑定到具有生物医学或化学用途的特定分子,并最终催化化学反应。(来源:科技日报 冯卫东)
 
 
 
 
 
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