合成生物学周刊 33丨《科学》《细胞》《自然》发表多项合成生物学重要进展/在一张图中展示地球上的所有生物质数据/请为这个视频配上字幕！(2021-08-29期)

发布时间：2023-06-15 10:26:05

周刊关键内容/Highlights○ Science：可以实现「进行性 RNA 聚合」和「启动子识别」的RNA复制酶○ Cell：合成膜状细胞器实现正交化真

周刊关键内容/Highlights

○ Science：可以实现「进行性 RNA 聚合」和「启动子识别」的RNA复制酶

○ Cell：合成膜状细胞器实现正交化真核翻译的空间分离

○ Nature Chemistry：包含 68 个密码子的大肠杆菌诞生，可用于在蛋白质中整合四种非经典氨基酸

○ 在一张图中展示地球上的所有生物质数据

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周刊 33丨《科学》《细胞》《自然》发表多项合成生物学重要进展/在一张图中展示地球上的所有生物质数据/请为这个视频配上字幕！

01 学术界

Science：可以实现「进行性 RNA 聚合」和「启动子识别」的RNA复制酶

RNA世界假说认为，在现代生命之前，存在着能够携带遗传信息和驱动化学反应的RNA分子，这一任务在现代生物学中逐渐被DNA和酶取代。这一理论的核心是能够介导RNA的一般复制的RNA复制酶。利用实验室进化，来自加拿大西蒙弗雷泽大学的Peter Unrau团队工程设计了一种基于RNA启动子的RNA复制酶。该工作近期发表在Science上[1]。

与现代的蛋白质聚合酶类似，它使用类似「Sigma因子」的特异性引物，首先识别一个RNA启动子序列，然后在第二步中，该RNA复制酶变构实现RNA序列的「进行性 RNA 聚合，Processive elongation」，对RNA序列进行复制。该RNA复制酶亦具有可编程能力，从而可以识别不同的RNA启动子序列。这种基于启动子的选择性聚合可以使RNA复制酶从 "非己"中产生"自己"，从而避免了「复制寄生虫」的困境。该RNA复制酶可以「夹」在其对应的RNA模板上实现更高的聚合能力，这是生命早期进化中复制的一个关键要求，这也使该RNA复制酶可以成为生物学中早期复制的潜在模型，

Cell：合成膜状细胞器实现正交化真核翻译的空间分离

细胞并不完全依靠基于DNA的进化来产生新的功能，而是经常利用膜的封装或无膜细胞器的形成来分离执行复杂操作的不同分子过程。应用这一原则和二维相分离的概念，通过将无膜细胞器（该工作发表在2019年Science[2]）定位到细胞内不同的膜细胞器上，来自德国约翰内斯古腾堡大学的Edward Lemke团队开发了合成膜状细胞器，可以支持各种细胞膜表面的蛋白质翻译。该团队利用这些膜状细胞器为真核细胞配备了双重正交的扩展遗传密码，能够在同一细胞中对不同的TAG密码子赋予不同的生物解释。

在几十纳米范围内对翻译输出进行空间调整的能力不仅对合成生物学很重要，而且对理解细胞内膜相关蛋白相分离的功能也有重要意义。该工作近期发表在Cell上[3]。

Nature Chemistry：包含 68 个密码子的大肠杆菌诞生，可用于在蛋白质中整合四种非经典氨基酸

来自英国MRC分子生物学实验室的Jason Chin团队在多年的研究中开发了正交化的核糖体（O-mRNA），可以针对正交mRNA（O-mRNA）实现翻译功能。这些正交化核糖体与天然核糖体并行运行，互不干扰，所以这些正交化核糖体可以用来在蛋白质中引入非经典氨基酸。

Jason Chin团队通过结合近两年多方面的实验室进展，通过计算算法优化O-mRNA序列、表征四种完全正交的四联体密码子，创建了一个包含68个密码子，24种氨基酸的大肠杆菌。该工作成功的在细胞内同时引入了4种完全不同的非经典氨基酸，并极大的提高了该系统中蛋白翻译的最终产量。该工作近期发表在Nature Chemistry上[4]。

Nature Biomedical Engineering： Prime Editing精确纠正了小鼠的遗传性疾病突变

Prime Editing可以诱导任何小规模的遗传变化，包括插入、删除和所有12种可能的点突变，且不需要供体DNA或双链断裂。但在这项技术被运用到人类遗传性疾病的治疗之前，必须首先证明人类遗传病的动物模型的致病突变和表型是可以被纠正的。

近期，来自韩国延世大学医学院的Henry Kim团队近期在Nature Biomedical Engineering上报道了Prime Editing在人类遗传病的动物模型中进行测试的最新结果[5]。文章了报告了通过递送的PE2和PE3在遗传性肝脏疾病遗传性酪氨酸血症小鼠中的应用，以及通过腺相关病毒载体递送的PE2在遗传性眼病莱伯先天性大脑症小鼠中的应用。结果表明，Prime Editing精确地纠正了致病突变，并改善了小鼠疾病表型，同时没有发现脱靶编辑。

在小鼠体细胞中进行的这种高精度的Prime Editing基因编辑，使Prime Editing有可能在未来被用于人类患者的基因组编辑，但这一技术仍需要在更多的遗传病动物模型中进一步进行测试。

其他值得关注的学术进展一览：

Nature Communications：来自美国西北大学的一个整合的细胞体内/体外框架，通过代谢重组的酵母提取物增强无细胞生物合成能力[6]。

ACS Synthetic Biology：来自上海大学的章焰生课题组在酿酒酵母中实现了抗癌化合物大戟二烯醇的从头生物合成[7]。

ACS Synthetic Biology：来自天津大学的元英进团队基于实验室进化开发了一种真核生物的新型DNA倒置系统，可以充当可逆的转录开关[8]。

Nature Reviews Materials：来自美国俄亥俄州立大学的Yizhou Dong课题组综述了 mRNA 递送的脂质纳米颗粒相关进展[9]。

Current Opinion in Biotechnology：来自韩国忠南大学的Dong-Myung Kim团队概述了无细胞合成系统的历史以及用于生产各种化学品和生物燃料的无细胞技术。该综述还讨论了无细胞合成的未来发展方向[10]。

02 工业界

Amyris 推出 Terasana™清洁护肤品牌

Amyris 近期宣布推出清洁护肤品牌Terasana ™ Clinical。Terasana Clinical 的首款护肤产品「Clear + Control Healthy Skin Serum」具有保湿和抗炎特性，可以解决干燥皮肤、皮肤剥落、刺激和发红问题。据其官网称，该护肤产品是一种专利配方，结合了 Amyris 的两种可持续来源的成分—角鲨烷和大麻酚 (CBG)[11]。

Ginkgo Bioworks在生产大麻素上实现了合作里程碑

据SynbioBeta报道，大麻素公司Cronos Group和Ginkgo Bioworks近期宣布，双方在八种生物产大麻素上实现了第一个目标生产率里程碑。Cronos Group 和 Ginkgo 之间的合作伙伴关系始于2018年，目标是获取大麻植物中的稀有分子，以创造创新和差异化的产品[12]。