【科學家合成大型鏡像聚合酶,實現鏡像DNA訊息存儲】清華大學生命學院教授朱聽團隊通過近5年的研究探索,全化學合成了分子量達90 kDa的大型鏡像蛋白質:Pfu DNA聚合酶,利用該高保真鏡像聚合酶組裝出千鹼基長度的長鏈鏡像DNA,並開發了基於鏡像DNA的訊息存儲技術。相關研究成果http://t.cn/A6IPa6L7 於7月29日發表在《自然-生物技術》雜志。

當前,DNA訊息存儲技術均以天然DNA為介質,但其極易被自然環境中的微生物及核酸酶降解,且不利於在開放環境中長時間穩定存放。與天然DNA手性相反的鏡像DNA不僅具有相同的高訊息存儲密度,還具有獨特的生物正交性,不易被微生物及核酸酶降解。

如人的左手與右手互為鏡像對稱關系、無法完全重曡一樣,自然界中一些分子也具有與其鏡像對映體不能重合的特徵,這一特徵被稱為“手性”,這類分子被稱為“手性分子”。核糖與氨基酸均為手性分子,因此其構成的核酸與蛋白質等生物大分子均具有手性,且構成生命體的核酸和蛋白質的手性是均一的,即天然核酸皆由D型(右旋)核糖組成,天然蛋白質幾乎皆由L型(左旋)氨基酸組成。

與天然DNA訊息存儲技術相同,鏡像DNA訊息存儲技術主要包括訊息的“寫入”與“讀取”兩個過程,需要高保真鏡像DNA聚合酶來幫助實現。然而,受限於已有的蛋白質與核酸化學合成技術,分子量在50 kDa以上的大型鏡像蛋白質和長度在150 bp以上的長鏈鏡像DNA的有效合成一直未能實現,長期制約著鏡像生物學領域的發展及該系統的實際應用。

研究者提出利用分割蛋白質設計輔助合成的策略,突破了全化學合成對蛋白質大小的限制,獲得了目前已報道最大的全化學合成蛋白質,研究者還利用該高保真鏡像聚合酶組裝出長達1.5 kb的鏡像16S核糖體RNA基因,為目前已報道最長的鏡像DNA。研究者首次使用的大型鏡像蛋白質全化學合成策略及千鹼基長度鏡像基因的組裝技術,解決了長期制約鏡像生物學領域發展的大型鏡像生物分子的制備難題,為後續構建鏡像蛋白質翻譯系統以實現完整的鏡像中心法則及拓展鏡像生物學系統的實際應用奠定了基礎。

研究者開發了基於鏡像硫代磷酸DNA的鏡像DNA邊合成邊測序技術,新技術在測序讀長、准確性、可操作性等方面都具有明顯優勢。研究者將巴斯德於1860年首次提出“鏡像生物學世界”這一概念的文字轉換為鹼基序列寫入鏡像DNA文庫中,並從鏡像DNA中准確讀取了該文本訊息,從而實現了鏡像DNA訊息存儲。研究者還開發了基於鏡像DNA的訊息隱寫技術,可以有效提高DNA所攜帶訊息的保密性,為鏡像生物學系統在訊息安全領域的應用提供了新的思路。http://t.cn/A6IPoWGF

更多學習動態

全站最新消息

d