没有细胞，怎么养核糖体？

来源：生物通

美国西北大学的合成生物学家从试管中培育出了无细胞核糖体，其中一些能够发挥特殊功能。

这是一种超自然的能力，被命名为核糖体合成与进化系统（ribosome synthesis and evolution ，RISE），其主要特征是直接进化核糖体，无需生存细胞限制。可预见的应用包括解决不断上升的抗生素耐药性问题等。结果发表在2月28日的《Nature Communications》。

现如今，研究人员已经利用核糖体构建蛋白质的能力开发了很多新生物制药，如胰岛素。但是教会核糖体制造对自然界来说全新的生物聚合物是很困难的，而且由于它们是细胞生命的必需元件，改造它们的限制很多。

“核糖体是蛋白质的合成机器，如若合成自然界以外的蛋白质，我们必须设计和修饰核糖体使其与非天然底物协同工作，开发体外培养核糖体是其必经之路，”美国西北大学工程学院化学与生物工程教授、合成生物学中心主任Michael Jewett说。

Jewett团队开发了新RISE系统以克服细胞生存能力限制。通过构建突变核糖体的DNA密码，该系统可以在数小时内制造出数十万个突变体核糖体。研究人员再用磁珠选择他们想要的功能核糖体。这个平台为理解核糖体活性位点的基础约束条件和创造革命性新生物聚合物奠定了基础。

Jewett说：“我们从一个突变体库中筛选出了对克林霉素耐药的高活性核糖体，验证了RISE。我们希望其他人也能利用这个平台来选择具备某些新功能的核糖体。”

此外，Jewett的团队已经开始试图了解核糖体的哪些部分是可以被改变的。他们最近在《Nucleic Acids Research》杂志上发表的一篇论文绘制了核糖体活性位点的核苷酸谱，在不破坏核糖体的前提下，总结哪些核苷酸可被改造。通过构建和测试这些活性位点（总共180个）中每一个可能的单核苷酸突变，研究人员惊讶地发现其中85%具有一定的灵活性，且可被改变。

“这证明，你能够改造大部分活性位点，仍然可以得到一个功能性核糖体。这对合成生物学来说太令人兴奋了，”Jewett说。去年，他们还发表过一篇指导如何在核糖体中结合非自然的新型单体的设计规则。

一系列论文为“核糖体制造业”提供了一个全面的平台。Jewett这样描述他的理想：现在的核糖体是只能做固定菜式的厨师，我想创造许许多多可以做不同饭菜的厨师。RISE系统是朝着这一愿景迈出的巨大一步。

这项研究是国防部多学科大学研究计划的一部分。美国陆军作战能力发展司令部，陆军研究办公室高分子化学项目经理Dawanne Poere说：“利用和调整生物细胞机制作非生物聚合物。如果成功的话，这项工作将为合成材料引入生物功能，并有可能使先进的高性能材料具有催化、分子编码和数据存储、纳米电子学、自愈等多种功能。”

参考文献：

In vitro ribosome synthesis and evolution through ribosome display