合成生物學(xué)研究不僅包括觀察和描述生命過(guò)程，而且試圖模仿天然的生命過(guò)程。在最近的一項(xiàng)研究中。馬丁斯里德馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所的科學(xué)家們制作了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠再生其自身的DNA和蛋白質(zhì)構(gòu)件的一部分。

馬克斯·普朗克生物化學(xué)研究所“仿生系統(tǒng)”研究小組的負(fù)責(zé)人Hannes Mutschler和他的團(tuán)隊(duì)致力于通過(guò)“自下而上”的方法模擬基因組的復(fù)制和蛋白質(zhì)合成?，F(xiàn)在，研究人員成功地生產(chǎn)了一個(gè)體外系統(tǒng)，其中兩個(gè)過(guò)程可以同時(shí)進(jìn)行。 Mutschler解釋說(shuō)：“我們的系統(tǒng)本身能夠再生很大一部分的分子成分?！?

為了起始這一過(guò)程，研究人員需要一本‘指南書(shū)’以及各種分子“機(jī)器”和營(yíng)養(yǎng)元素。翻譯成生物學(xué)術(shù)語(yǔ)，這意味著需要DNA模板，其中包含表達(dá)產(chǎn)生蛋白質(zhì)的信息。用于充當(dāng)催化劑的蛋白質(zhì)分子，以及 DNA的基本組成部分——核苷酸，與蛋白質(zhì)的基本組成部分——氨基酸。

具體來(lái)說(shuō)，研究人員優(yōu)化了一種基于DNA的，合成蛋白質(zhì)的體外表達(dá)系統(tǒng)。由于一些改進(jìn)，體外表達(dá)系統(tǒng)現(xiàn)在能夠非常有效地合成蛋白質(zhì)。該研究的第一作者Kai Libicher解釋說(shuō)：“與以往的研究不同，我們的系統(tǒng)能夠讀取和復(fù)制相對(duì)較長(zhǎng)的DNA序列。

科學(xué)家們將多達(dá)11個(gè)環(huán)形DNA片段組裝成人工基因組。這種模塊化結(jié)構(gòu)使他們能夠輕松插入或去除某些DNA片段。研究人員在研究中復(fù)制的最大的模塊化基因組由116,000多個(gè)堿基對(duì)組成，已經(jīng)達(dá)到了非常簡(jiǎn)單的細(xì)胞的基因組長(zhǎng)度。

除了編碼對(duì)于DNA復(fù)制很重要的聚合酶外，人工基因組還包含其他蛋白質(zhì)的編碼基因，例如來(lái)自大腸桿菌的30種翻譯因子。為了表明新的體外表達(dá)系統(tǒng)不僅能夠復(fù)制DNA，而且還能夠產(chǎn)生自己的翻譯因子，研究人員使用了質(zhì)譜分析法。通過(guò)這種分析方法，他們確定了系統(tǒng)產(chǎn)生的蛋白質(zhì)的含量。

將來(lái)，科學(xué)家們希望通過(guò)其他DNA片段來(lái)擴(kuò)展人工基因組。他們希望與研究網(wǎng)絡(luò)MaxSynBio的同事合作，開(kāi)發(fā)出一種封閉系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠通過(guò)添加養(yǎng)分和處置廢物來(lái)保持生存。這樣的最小單元然后可以例如在生物技術(shù)中用作天然物質(zhì)生產(chǎn)機(jī)器或用作構(gòu)建甚至更復(fù)雜的系統(tǒng)。