Nat Commun：实验室系统能实现自身DNA和蛋白质的再生

合成生物学研究不仅包括观察和描述生命过程，而且试图模仿天然的生命过程。在最近的一项研究中。马丁斯里德马克斯·普朗克生物化学研究所的科学家们制作了一个系统，该系统能够再生其自身的DNA和蛋白质构件的一部分。

马克斯·普朗克生物化学研究所“仿生系统”研究小组的负责人Hannes Mutschler和他的团队致力于通过“自下而上”的方法模拟基因组的复制和蛋白质合成。现在，研究人员成功地生产了一个体外系统，其中两个过程可以同时进行。 Mutschler解释说：“我们的系统本身能够再生很大一部分的分子成分。”

为了起始这一过程，研究人员需要一本‘指南书’以及各种分子“机器”和营养元素。翻译成生物学术语，这意味着需要DNA模板，其中包含表达产生蛋白质的信息。用于充当催化剂的蛋白质分子，以及 DNA的基本组成部分——核苷酸，与蛋白质的基本组成部分——氨基酸。

具体来说，研究人员优化了一种基于DNA的，合成蛋白质的体外表达系统。由于一些改进，体外表达系统现在能够非常有效地合成蛋白质。该研究的第一作者Kai Libicher解释说：“与以往的研究不同，我们的系统能够读取和复制相对较长的DNA序列。

科学家们将多达11个环形DNA片段组装成人工基因组。这种模块化结构使他们能够轻松插入或去除某些DNA片段。研究人员在研究中复制的最大的模块化基因组由116,000多个碱基对组成，已经达到了非常简单的细胞的基因组长度。

除了编码对于DNA复制很重要的聚合酶外，人工基因组还包含其他蛋白质的编码基因，例如来自大肠杆菌的30种翻译因子。为了表明新的体外表达系统不仅能够复制DNA，而且还能够产生自己的翻译因子，研究人员使用了质谱分析法。通过这种分析方法，他们确定了系统产生的蛋白质的含量。

将来，科学家们希望通过其他DNA片段来扩展人工基因组。他们希望与研究网络MaxSynBio的同事合作，开发出一种封闭系统，该系统能够通过添加养分和处置废物来保持生存。这样的最小单元然后可以例如在生物技术中用作天然物质生产机器或用作构建甚至更复杂的系统。