科学家简化并加速了定向进化生物工程方法

在一个被称为定向进化的过程中，科学家重新设计生物分子以寻找具有有益新功能的生物分子。该领域正在彻底改变药物开发，化学工程和其他应用，但实现其承诺涉及艰苦和耗时的实验室工作。在今天发表在加利福尼亚大学细胞学杂志上的一项研究中，欧文研究人员报告说，他们通过让活细胞完成大部分繁重工作来加速和简化定向进化。通过将特殊设计的DNA复制系统插入酵母中，科学家能够哄骗选择的基因，以便在宿主酵母细胞复制时快速稳定地突变和进化。

“通过有针对性地将高比例的多样化转移到细胞中，我们可以增长并压迫这些细胞从我们选择的任何基因发展成新的东西，”第一作者Arjun Ravikumar说道，他获得了博士学位。本月早些时候在UCI的生物医学工程。“我们的工作将演变简化为一个极其快速，直接和可扩展的过程。”以前，为了让科学家筛选生物分子以确定是否已经实现了所需的功能，他们需要在试管中构建DNA文库并将该DNA插入细胞中，这是一个艰苦而艰难的过程。UCI团队完全以他们的新方法取消了这一步骤，让细胞的内部机器完成所有工作。

根据UCI生物医学工程助理教授的资深作者Chang Liu的说法，当使用定向进化创造更好的酶或蛋白质 - 今年获得诺贝尔化学奖的工作 - 进化周期的数量变得非常重要，因为每一个都可以被视为迈向新功能或改进功能的一步。“但如果每个循环都需要重复的试管DNA分子生物学处理，那么你只能合理地进行几次迭代，”他说。“相比之下，自然进化不断循环，主要是通过在一个迫使它们发展一些新功能的环境中培养细胞;从生物分子工程的角度来看问题是这个过程非常缓慢，”刘补充道。“我们已经找到了一种允许生物分子进化非常快的遗传结构。”

除了加速和简化定向进化之外，刘说这种新技术可以让科学家们进行他们过去难以做的其他类型的实验。例如，在他们的研究中，UCI研究人员描述了他们如何在90个重复实验中进化出一种酶，以便弄清楚它能适应某种疾病的所有方式 - 在这种情况下，疟疾目标如何产生对某种特定疾病的抵抗力药物。“有许多方法可以解决特定的进化挑战，例如耐药性，因此能够以我们的规模进行进化实验，使我们能够捕捉和理解更多这些可能性，为我们提供有关抗药性产生的治疗相关见解， “刘说。他补充说，未来的工作将集中在获得新的平台，以不断发展抗病抗体和药物合成的宝贵酶。“为了分离抗体，不必将抗原注射到动物体内，想象一下，只需将其置于酵母细胞培养物中，并将其作为特异性抗体出现，”他说。“这可能会彻底改变这些和其他蛋白质药物的发现和开发方式。”