美研究人員利用遺傳物質(zhì)密碼創(chuàng)建合成聚合物

美國(guó)哈佛大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)近日開(kāi)發(fā)出一種新方法，可利用遺傳物質(zhì)密碼創(chuàng)建合成聚合物。該方法“進(jìn)化”出的合成聚合物或可具有新的，或改進(jìn)性的功能，如作為化學(xué)反應(yīng)催化劑或是增強(qiáng)疾病治療潛力。相關(guān)研究成果發(fā)表在最新一期《自然·化學(xué)》上。

在生物學(xué)中，像DNA（脫氧核糖核酸）、RNA（核糖核酸）和蛋白質(zhì)這樣的大分子是最常見(jiàn)的聚合物，這些聚合物具有顯著的特性。相比而言，人類創(chuàng)建帶有量身定制性能的人造聚合物的能力卻非常有限。曾有研究人員設(shè)法利用遺傳密碼創(chuàng)造出合成聚合物，但他們的努力常常受阻于新分子一定要與創(chuàng)建它們的基因模板相似。

為了解決這個(gè)問(wèn)題，哈佛大學(xué)化學(xué)生物學(xué)教授劉大維（音譯）領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向一個(gè)可在自然界中發(fā)現(xiàn)的類似過(guò)程。

該系統(tǒng)不允許新聚合物模塊直接與D N A模板發(fā)生作用，而是依賴于一個(gè)“轉(zhuǎn)接器”分子。每個(gè)轉(zhuǎn)接器都帶有聚合物的一部分，與模板綁定后形成新的聚合物。在過(guò)程的最后一步中，轉(zhuǎn)接器被切斷，讓合成聚合物根據(jù)基因模板創(chuàng)建出來(lái)。

該系統(tǒng)的一個(gè)有趣功能是由此產(chǎn)生的合成聚合物不必與DNA模板具有任何結(jié)構(gòu)關(guān)系。該系統(tǒng)與DNA堿基相結(jié)合的部分是轉(zhuǎn)接器分子，所以可從模板中進(jìn)行物理刪除。該整體策略嚴(yán)重“抄襲”自然界中的蛋白合成過(guò)程，即tRNA（轉(zhuǎn)移核糖核酸）分子綁定一個(gè)信使RNA鏈，其攜帶的氨基酸拼接形成蛋白質(zhì)。

理論上講，由基因模板引導(dǎo)創(chuàng)建的新合成聚合物也能“進(jìn)化”出獨(dú)特的性能，而這幾乎不可能在實(shí)驗(yàn)室中設(shè)計(jì)出來(lái)。譬如，假設(shè)你想創(chuàng)建一個(gè)合成分子，其能打開(kāi)與癌癥相關(guān)蛋白的一個(gè)特定基因的表達(dá)。你可能會(huì)檢索現(xiàn)行研究成果，尋找關(guān)于如何建立這樣一個(gè)分子的線索，你或許還會(huì)用你的化學(xué)知識(shí)確定哪些分子是可能的。但是，對(duì)于這種復(fù)雜的分子目標(biāo)，這些努力常常是無(wú)功而返。

進(jìn)化的力量使實(shí)現(xiàn)這些雄心勃勃的目標(biāo)變得更為可行。綁定某個(gè)非常明確的分子并創(chuàng)造生物反應(yīng)，對(duì)于高分子科學(xué)家來(lái)說(shuō)要從零開(kāi)始設(shè)計(jì)是非常困難的，但對(duì)大自然的進(jìn)化來(lái)說(shuō)并不難。大自然經(jīng)歷了數(shù)百萬(wàn)幾代人的半隨機(jī)嘗試，每一代中策略的最成功部分通過(guò)其分子秘密傳給下一代。進(jìn)化是迭代的，任何一代的小進(jìn)步，都被繼承下來(lái)并在以后發(fā)展成重大的成功。

劉教授表示，他的下一個(gè)目標(biāo)是要利用這個(gè)系統(tǒng)進(jìn)化出能實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜功能的合成聚合物，然后將其折疊成結(jié)構(gòu)化的三維形狀，綁定到具有生物醫(yī)學(xué)或化學(xué)用途的特定分子，并最終催化化學(xué)反應(yīng)。