研究人员在模型合成细胞中构建DNA复制

代尔夫特理工大学的研究人员与马德里自治大学的同事合作，创造了一种人工DNA蓝图，用于在细胞样结构中复制DNA。创建这样一个复杂的生物模块是迈向更加雄心勃勃的目标的重要一步：从下到上构建一个完整且功能正常的合成细胞。

复制DNA是活细胞的重要功能。它允许细胞分裂和遗传信息传播给后代。DNA复制的机制包括三个重要步骤。首先，DNA被转录成信使RNA。信使RNA然后被翻译成蛋白质 - 细胞的主力，它发挥其许多重要功能。最后，其中一些蛋白质的作用是执行循环的最后一步：复制(或复制)DNA。在细胞复制其DNA后，它可以分成两个子细胞，每个细胞含有原始遗传物质的拷贝。

关闭周期

研究人员已经意识到上面提到的所有单独步骤。例如，日本科学家通过从大肠杆菌中提取相关成分并对其进行调整，创建了一个最小的，独立的信使RNA和蛋白质合成系统。但是还没有人能够将这个系统与自主DNA复制相结合。“我们希望关闭这个循环，并率先在称为脂质体的细胞样结构内重建整个遗传信息流，”组长Christophe Danelon说。

将日本系统与DNA复制模块相结合证明是困难的。“我们尝试了一些方法，但似乎没有一种方法令人信服，”Danelon说。然后，博士学生Pauline van Nies想出了使用一种名为Φ29的病毒的DNA复制机制的想法。“从分子生物学的角度来看，病毒非常有趣，”范尼斯说。“它们在编码小基因组中的蛋白质和强有力地复制其遗传信息方面非常有效。”在人类细胞中，DNA复制由数百种蛋白质管理。Φ29只需要四个。

组成DNA

多年前，在马德里自治大学工作的研究人员发现了Φ29病毒的DNA复制机制，并设法将其分离出来。Van Nies和Danelon与这些研究人员合作，将编码复制机制的基因与操作日本转录和翻译模块所必需的遗传密码结合起来。

Van Nies组成了一个独特的DNA蓝图，其中考虑了许多与遗传信息流动相关的不同因素，例如核糖体的合适结合位点，这是蛋白质生产必不可少的元素。

结合机械

现在进入的目标是将调节遗传信息流动的新模块与其他基本细胞功能(如生长和分裂)相结合。去年，Danelon小组创造了一种合成脂质体的方法，这种磷脂组成了脂质体，例如研究人员在该项目中使用的那些。磷脂的产量仍然太小而无法维持增长，但Danelon相信他的团队可以优化这一过程。

细胞分裂可能是一个更难以破解的坚果。在现代细胞中，它需要一个简化的过程，其中复制的DNA被整齐地包装，然后均匀地分布到细胞的两极。同时，专门的蛋白质将母细胞挤压成两个子细胞。Danelon认为一个简单的“萌芽”机制也可以做到这一点。“我认为我们可以制造脂质体，直到它们开始出芽为止。如果产生足够的DNA，希望足够的这些原始子细胞将含有新的DNA以维持细胞群。”这可能是第一个细胞自我复制的方式，在进化之前为它们配备了更优雅和更强大的解决方案。

建立一个合成细胞

将上述所有基础研究联系在一起的任务是构建可以自我生长，分裂和维持的合成细胞。代尔夫特理工大学的科学家在这个激动人心的新研究方向中发挥着主导作用，最终可能导致对细胞内部运作的深入了解。支持该倡议的研究可以促进生物技术，健康和能源的进步。