细菌合成蛋白质的质控系统研制成功

《自然—化学生物学》日前报道，韩国首尔国立大学工程学院研究团队开发了一个合成蛋白质质量控制系统（ProQC），可以增强细菌的蛋白质全长翻译能力。

重组蛋白质已经广泛应用于各种工业领域。蛋白质需要保持全长和适当的三维结构才能发挥功能。但是，由于细菌中的转录和翻译步骤同时发生在同一个地方，截短的基因可以作为核糖体翻译的模板，从而产生不完整的多肽。因此，微生物细胞工厂生产重组蛋白质需要多个蛋白质纯化步骤。

该研究团队开发的ProQC是一种合成的基因表达盒，限制核糖体只使用完整的mRNA作为模板。真核表达系统翻译在转录过程完成后开始，该系统模拟这一过程，当位于mRNA 3’端的顺式触发元件与5’端的Toehold开关杂交，才能暴露核糖体结合位点进行翻译，序列特异性mRNA环化，确保核糖体有效地重新启动。

研究者将ProQC应用于各种蛋白质表达，全长蛋白质合成增加至2.5倍，而不改变转录或翻译效率。此外，将ProQC系统应用于3—羟基丙酸，通过确保酶在生物合成途径中的全长表达来生产紫胶素和番茄红素，使生化产量提高1.6~2.3倍。

该基因表达系统可使细菌选择性地翻译完整的mRNA，自行合成高质量的蛋白质。该系统与现有重组蛋白生产策略结合，可以极大提高微生物重组蛋白和生化生产的效率，在生物制药、工业酶和生物基化学品领域有广泛应用前景。（吴晓燕）

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41589-021-00736-3

科学家提出大肠杆菌菌落控制新模式

计算机科学先驱艾伦·图灵1952年首次提出自然界中出现复杂、不规则图案的机制，图灵模式已经在物理和化学中被验证，越来越多的证据表明它也存在于生物系统中。

日前《合成生物学》报道，西班牙进化生物学研究所的研究者在实验室中对大肠杆菌进行微调，使菌落呈现出图灵模式。该研究提供了一种新的概念框架，在微生物群落乃至其他生物群落中创建类似图灵模式。

研究者通过设计不同的合成基因电路使大肠杆菌遵循不同的指令，从而实现局部激活远程抑制。改造后的大肠杆菌系统由三部分组成：一组正常分裂和扩散的规则大小的细胞；一组不能分裂或扩散的细长细胞；一种被称为内酯的分子，有助于调节大肠杆菌中的基因表达，使它们能够通过群体感应进行交流。

观察这个特殊群体的生长和进化情况，研究者发现，菌落形状由最初的圆形不断向外扩展，在边缘周围规则地长出间隔的“分支”， 就像花瓣盛开的花，这与图灵的理论相符。从本质上来说，研究通过改变细胞分裂、细胞之间的黏附力和远距离通信能力（群体感应），控制群体决策。（吴晓燕 孙裕彤）

相关论文信息：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssynbio.0c00318

哺乳动物细胞基因线路完成设计

在哺乳动物细胞中进行可预测的基因线路设计是一个较大的挑战。

日前，《科学进展》报道，美国西北大学Josh Leonard团队通过利用高性能的转录和翻译后调控元件和计算模型，开发了一种在哺乳动物细胞中实现可预测基因线路设计的方法。

研究小组使用实验室开发的遗传部件“工具包”，利用计算模型来识别有用的基因设计，然后在实验室中进行构建，设计并测试了几十个遗传电路。结果显示，每个基因程序按预期工作，多种基因程序的组合能够在人类细胞中实现所需的有用功能。研究者成功地在哺乳动物细胞中构建整合转录和翻译后控制的多功能蛋白质，描述这些机制的经过验证的模型，实现了数字和模拟处理，有效地将遗传电路与传感器连接在一起进行多输入评估。

（吴晓燕 孙裕彤）

相关论文信息：

https://doi.org/10.1126/sciadv.abe9375