通過人造基因合成新型蛋白質,能否帶來製藥業的突破

2020-12-05 生物谷

眾所周知,DNA的四個鹼基編碼是所有生命的通用代碼,但這可能要成為過去式了。一家位於美國加州拉由拉市(La Jolla)的新興生物科技企業Synthorx,正在設計一種有著6個基因編碼的微生物,其方法是將人造的X和Y鹼基加入到原有的A,T,G,C構成的基因系統中去的。



這些微生物在自然界中沒有同類,Synthorx用它們來設計新型蛋白質,這些蛋白質有望成為未來的止痛藥、

抗生素

和癌症靶向藥的基石。


Synthorx基於美國聖地牙哥TSRI(斯克利普斯研究所)的化學家Floyd Romesberg的研究工作成立,Romesberg也是公司創立者之一。Romesberg曾花費了超過15年的時間致力於研究如何使人工DNA和生命體的

遺傳

機制協同工作,但這可不是簡單地把新老編碼相混合。


2012年時,Romesberg的實驗室成功創造了X和Y兩種人造鹼基編碼。2014年,他證明了,

細菌

可以複製和

遺傳

包含XY編碼的基因給後代。


「人們總是覺得模仿生命體是一件十分複雜和困難的事」,Romesberg說道,「但其實生命體中的分子和自然界中的其他分子一樣,它們並不享有特權。」


兩年之前,還沒有人用新合成的X和Y鹼基做成任何有用的事情,但Romesberg卻立下了利用傳統的化學手段來創造新型藥物的目標,這個過程顯然極其複雜。


「我無法在實驗室中完成這些,」Romesberg說道,「因此成立一個公司是實現這個目標的唯一方式。」


於是,Synthorx應運而生。


X和Y的誕生固然是科學界的裡程碑,但Synthorx的真正挑戰在於用這些編碼去產生新的蛋白質。理論上,通過簡單地添加X和Y編碼可以令用以構建蛋白質的胺基酸數量提升至172種,而自然狀態下只有20種。


通過在DNA中增加XY編碼,細胞可以用多達172種胺基酸來構建蛋白質,這遠超原先的20種。


「胺基酸太多反而是一種累贅,」Romesberg說道,「對於那些一輩子都在和藥物打交道的化學家來說,控制胺基酸的數量是必須的。」


通過使用人造胺基酸,科學家可以使那些現有的蛋白質和其靶物質結合的更牢固,從而使藥物效力更強。還有一種想法是通過人造胺基酸來增強蛋白質和靶物質的特異性結合以避免蛋白質和非靶物質結合引起的副作用。


目前,Synthorx正有一個項目致力於將一種蜘蛛的毒液轉變為一種非阿片類、無成癮性的止痛藥。


開發用於治療代謝紊亂的新型

抗生素

和藥物同樣被提上日程,「胰島素是一種很好的靶物質,」Synthorx的CEO Court Turner說道,「雖然大腸桿菌也能生產胰島素,但目前為止我們獲取額外胰島素的唯一方法就是每天注射。」


將人造胺基酸添加到胰島素分子中能夠使其更為持久,這樣的話,

糖尿病

患者只須隔幾天注射一次胰島素就可以了。


毫無疑問如果這種技術可以實現,那這將是一場革命。但現在就開始做著人造基因廣為應用的美夢還為時過早,雖然人造基因可以生成胺基酸,但目前我們還沒有能力用人造胺基酸製造蛋白質。


華盛頓大學的合成生物學家Marc Lajoie說道,「這真的只是一種假想,老實說,別說172種了,即使能利用1種人造胺基酸合成蛋白質都聽起來有點瘋狂。」


名詞解釋


TSRI:The ScrippsResearch Institute,美國斯克利普斯研究所,座落於美國海濱城市聖地牙哥,是位居美國前10名的生物醫學研究所,也是美國最大的非贏利性質的研究所。


非阿片類:指人工合成的鎮痛藥物類型,與阿片類(自然萃取的)相對。

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