利用核糖体开发新型高性能材料

近日《自然—通讯》报道，美国西北大学的研究人员制定了一套设计规则，通过基因重编程指导核糖体将非标准单体结合到多肽中的特异性位点，合成超出自然限制的聚合物。这些聚合物可以提供先进的高性能材料，如纳米电子材料、自修复材料等。

为实现这一目标，研究者利用弹性酶来扩大核糖体定向聚合反应的化学底物范围。弹性酶是一种tRNA酰化核酶，可制备各种非蛋白源性酰基—tRNA，其灵活的催化酰化规则允许研究者对遗传密码进行合理的编程和扩展。研究者利用4种不同的化学支架材料（苯丙氨酸、苯甲酸、异芳族和脂肪族单体），在不同的电子和空间因素作用下，对37种底物进行系统合成。

结果显示，其中32个底物被酰化到tRNA上，并通过体外翻译成功掺入多肽链中。根据扩展规则，研究者还准确地预测了 6 个额外的单体的酰化作用。这些单体结合肽段的方式很特殊，它们直接掺入多肽醛基的N末端，发生正交生物共轭反应。

该研究扩大了核糖体可以利用的单体范围，为生物制造开辟了一个新的方向，为将核糖体作为通用工具创造全新材料和药物奠定了基础。（吴晓燕）

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https://doi.org/10.1038/s41467-019-12916-w

合成生物学升级噬菌体疗法

近日，《细胞通讯》报道，瑞士苏黎世联邦理工学院研究人员利用合成生物学对噬菌体基因进行重新编程，扩大了其天然宿主范围，为标准化的合成噬菌体疗法对抗细菌感染铺平了道路。

噬菌体是可以感染并杀死细菌的病毒，具有高度宿主特异性。与常规抗生素相比，噬菌体不会杀死其他细菌，被认为是解决抗生素耐药性问题的有效方案。然而针对每种感染寻找特定噬菌体或噬菌体组合是一项费时费力的工作，而且，噬菌体疗法还要事先进行基因测序以确保其安全性。

噬菌体尾巴上的受体结合蛋白可以识别靶细菌细胞壁上的特定受体。基于X射线晶体学，研究者从李斯特菌噬菌体中裂解了第一个受体结合蛋白的原子结构，为重组噬菌体提供了结构蓝图。类似于乐高积木，研究人员将来自不同噬菌体的蛋白质组分装配在一起，形成新的受体结合蛋白，可以实现更加广泛的细菌识别和感染。研究人员通过遗传修饰，产生了可识别并杀死靶细菌新菌株的噬菌体。

这种噬菌体变体的混合物可用于对抗细菌复杂感染，与野生型噬菌体鸡尾酒不同，研究者可以更有针对性开发、生产和改造合成噬菌体鸡尾酒方案。除了治疗应用外，研究人员还可以将合成噬菌体用作特定分子结构的诊断标记，例如用于检测混合细菌种群中的致病菌等。（吴晓燕）

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https://doi.org/10.1016/j.celrep.2019.09.062

美开发新一代智能生物接口治疗脊髓损伤

美国国防部高级研究计划局（DARPA）近日报道，该局正开发技术整合损伤稳定、再生治疗和功能恢复，支持脊髓损伤的新治疗标准。

DARPA的新项目“桥连+”结合了神经技术、人工智能和生物传感器，通过促进伤口处的愈合，在身体各个位点与神经系统连接，恢复呼吸、肠道和膀胱控制、运动、触摸和本体感觉等脊髓受损时可能丧失的功能。

伤痛各不相同，所以DARPA抓住技术进步的机会，开发专门针对脊髓损伤的新型智能自适应接口。其目标是为现役作战人员和退伍军人提供克服战争中最严重创伤的另一种方法。

“桥连+”项目包含两个研究方向，旨在开发整合用于损伤稳定、再生治疗和功能恢复的技术，在脊髓损伤的所有阶段为患者提供支持。第一个研究方向是开发新的再生医学技术，可用于平民创伤医院和远程战斗医院。这种设备应持续测量生物标记物，跟踪损伤状态，提供治疗方法，稳定损伤，促进神经再生。第二个研究方向是开发与神经系统或相关终末器官通信的网络接口设备，用于恢复生理功能。DARPA尤其关注恢复自主和非自主的神经系统功能，如膀胱控制和呼吸。除了恢复控制功能外，研究人员还需要开发技术，将感官反馈返回给“桥连+”系统的用户，以实现更自然的功能。（徐婧）