科技日報記者 張夢然

美國加州大學(xué)洛杉磯分校與意大利羅馬第二大學(xué)的研究團隊共同研發(fā)了一種新型合成基因。這些合成基因的功能與活細胞中基因類似，能夠通過一系列級聯(lián)序列構(gòu)建細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)，就像使用模塊化單元搭積木那樣，實現(xiàn)自組裝結(jié)構(gòu)的逐塊構(gòu)建。該成果發(fā)表在最新《自然·通訊》期刊上，其意味著利用相同的構(gòu)建單元，可以構(gòu)建多種不同的結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)可以輕松拆解并重組為其他形式。

這項研究利用分子自組裝指令的時間順序來擴展生物分子材料復(fù)雜度，而非單純增加攜帶這些指令的分子數(shù)量。這揭示了一種可能性，即僅需調(diào)整控制組裝時間順序的元素，就能從一組有限的構(gòu)建塊中，“進化”出不同的材料。該方法正是模仿了復(fù)雜生物體的發(fā)展過程。

研究團隊采用了由多條合成DNA鏈組成的“DNA瓦片”作為構(gòu)建單元，然后在含有數(shù)百萬個這類瓦片的溶液中，使它們相互作用形成微米級別的管狀結(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的形成，需要特定的RNA分子作為觸發(fā)器。此外，不同類型的RNA觸發(fā)分子，還能促使已形成的結(jié)構(gòu)發(fā)生分解。通過對不同合成基因的編程，團隊能夠精確控制DNA結(jié)構(gòu)的形成與溶解時間。

通過連接這些合成基因，團隊構(gòu)建了一個類似于控制果蠅身體部位形成的合成基因級聯(lián)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)還能夠管理這些結(jié)構(gòu)在特定時刻的組成特性。

通過協(xié)調(diào)這些信號，人們能夠賦予相同組件不同的功能，進而創(chuàng)造出從相同組分自發(fā)演化的材料。這項研究為合成生物學(xué)帶來了新的突破，也為醫(yī)療和生物領(lǐng)域開辟出新的應(yīng)用場景。

總編輯圈點

在生物學(xué)的殿堂里，合成生物學(xué)正以其獨特的魅力吸引著全世界的目光。本文的研究為這一領(lǐng)域添上了濃墨重彩的一筆。科學(xué)家開發(fā)出的全新合成基因技術(shù)，能夠像拼裝樂高積木一樣，在細胞內(nèi)部搭建出各式各樣的微觀結(jié)構(gòu)，不僅展示了人類對生命本質(zhì)操控能力的飛躍，也預(yù)示著材料科學(xué)與生物醫(yī)學(xué)領(lǐng)域的無限可能。它讓我們看到了未來智能材料、藥物遞送系統(tǒng)乃至組織工程等多個領(lǐng)域的廣闊前景。可以想象，一個更加精彩紛呈的生命科技時代正在等待著我們。