나는 장갑을 움켜쥐고 반대 손을 위한 것임을 깨달을 때마다 좌절한다.
그러나 합성 생물학자들에게 이러한 성가심은 의학을 변화시키는 데 도움이 될 수 있는 생물학적 기이함입니다. 하루에 세 번이 아니라 한 달에 한 번 복용할 수 있는 오래 지속되는 약을 생각하십시오. 또는 신체의 신진대사에 의해 조기에 제거되는 것을 두려워하지 않고 새로운 암이나 기타 만성 질환을 주의 깊게 관찰하기 위해 체내에 남아 있는 생체 분자 기반 진단 도구.
훨씬 더 대담하게, 생물학의 "거울 차원"은 자연 외부에 존재하지만 문자 그대로 우리 자신을 반영하는 합성 생명체를 설계하는 발판이 될 수 있습니다. 다시 말하면, 생물학의 거울 이미지 버전을 구축한다는 것은 생명의 기본 운영 체제를 다시 작성하는 것을 의미합니다.
너무 공상 과학처럼 들리나요? 설명하겠습니다. 우리의 왼손이 오른손 장갑을 끼지 못하는 것과 마찬가지로 DNA, RNA 및 단백질과 같은 생명의 구성 요소는 특정 3D 구조로 새겨져 있습니다. 거울에 반사된 것처럼 뒤집으면 더 이상 신체 내부에서 기능할 수 없습니다. 과학자들은 왜 자연이 두 개의 잠재적인 거울 이미지 중에서 한 가지 모양만을 선택했는지 아직 확실하지 않습니다. 그러나 그들은 그것을 시험할 준비가 되어 있습니다.
새로운 연구 in 과학 신체의 단백질을 만드는 기계의 일부를 거울상으로 재작업함으로써 발전했습니다. 그 중심에는 리보솜(ribosome)이라는 구조가 있는데, 이 구조는 유전자 코드를 받아 그것을 아미노산으로 번역합니다. 이 레고 블록은 모든 단백질을 차단합니다. 리보솜은 두 가지 주요 분자 구성 요소인 RNA와 단백질에서 융합된 상징적인 세포 구조입니다.
중국 항저우에 있는 Westlake 대학의 Ting Zhu 박사가 이끄는 팀은 오랜 거울 생활 애호가가 이끄는 퍼즐의 RNA 부분을 해결했습니다. 그들은 구조의 XNUMX분의 XNUMX를 구성하는 핵심 단백질을 재설계하여 생성된 RNA 구성 요소가 거울 형태로 구성되도록 했습니다.
이러한 구조는 아직 "반사된" 단백질을 펌핑할 수 없습니다. 그러나 여러 테스트에서 합성된 분자는 동일한 단백질의 천연 버전을 씹는 세포의 정상적인 "하우스키핑" 단백질에 훨씬 더 내성이 있음을 발견했습니다.
“생명공학적 관점에서 보면 거울상 리보솜이 있으면 많은 응용이 가능해질 것입니다.” 말했다 이 작업에 참여하지 않은 Texas A&M University의 Jonathan Sczepansk 박사. "거울 이미지 생물학 분야에서 정말 엄청난 발전입니다."
(생물)호기심의 캐비닛
특정 구조에 대한 삶의 호기심 많은 편애에 대한 이야기는 1848년 Louis Pasteur와 함께 시작됩니다. 프랑스 화학자에 대해 들어보셨을 것입니다. 백신 접종, 미생물 발효, 그리고 여전히 우리의 우유를 안전하게 마실 수 있는 저온 살균법의 아버지입니다. 파스퇴르는 와인 관을 들여다보면서 감질나는 분자의 결정질 침전물을 발견했습니다. 모양과 화학적 성질은 같지만 서로 거울상을 형성했다. 하나의 구성은 "L"로 명명되었습니다. 잎사귀, 또는 라틴어로 왼쪽; 다른 "D" 운이 좋은, 또는 오른쪽.
과학자들은 나중에 L형과 D형 분자가 생물학의 기본 코드로 존재한다는 것을 발견했습니다. 우리 유전학의 청사진인 DNA의 구성 요소는 자연적으로 D 형태입니다. 대조적으로 아미노산은 일반적으로 왼쪽으로 향합니다.
이러한 편견은 생물학의 중심 교리에 깊이 뿌리를 두고 있습니다. DNA는 RNA로 번역되고 이후에 리보솜으로 이동하여 생명체에 필수적인 과정을 수행하는 단백질로 추가로 구축됩니다. 그러나 여기에 핵심이 있습니다. 각 단계에서 세포의 기계는 특정 분자를 키랄성. 우리의 조직과 기관은 키랄 세계에 맞게 프로그래밍되어 있습니다.
몇 년 전 과학자들은 이렇게 질문했습니다. 우리가 이 시스템에 인공적으로 거울을 설치하고 그것을 반대 키랄성으로 만들어진 새로운 합성 차원의 생명체로 부수면 어떨까요?
Looking Glass를 통해
인생을 자신의 거울과 반대되는 버전으로 다시 쓰는 것은 가볍게 말해서 힘든 작업입니다.
새로운 연구는 리보솜의 일부를 "반사"하는 거울에 초점을 맞췄습니다. 이전 연구에서는 미러 이미지 DNA를 복제하고 심지어 이를 메신저 미러 RNA로 번역하는 것이 가능하다는 것을 보여주었습니다. "다음 단계는 RNA에서 단백질로의 거울상 번역을 실현하는 것"이라고 저자들은 설명했다.
넘어야 할 높은 언덕입니다. 리보솜은 대략 2,900개의 RNA 문자 빌딩 블록과 50개 이상의 다양한 단백질로 구성된 거대한 구조입니다. 화학자들은 이전에 RNA의 거울상을 긴 사슬로 합성할 수 있었습니다. 하지만 지루하고 오류가 발생하기 쉬우며 최대 70자까지만 입력할 수 있습니다.
인공 화학이 작동하지 않는다면 자연을 활용하지 않겠습니까? 세포에서 RNA 문자는 일반적으로 효소(RNA 중합효소라고 하는 단백질)를 사용하여 생물학적 데이터 사슬로 함께 연결됩니다. 효소를 "미러링"하는 것은 이론상 리보솜을 만드는 RNA의 반영된 버전을 만들 수도 있습니다. 위로 2019에서, Zhu의 팀은 바이러스에서 단백질 일꾼을 "뒤집기"하여 아이디어를 찔렀습니다. 그것은 효과가 있었지만 고통스러울 정도로 느렸고 생성된 분자는 오류로 가득 차 있었습니다.
전체 단백질 합성 기계를 다루기보다 저자는 T7 RNA 중합효소라는 한 가지 중요한 요소에 집중했습니다. 합성 생물학 분야에서 가장 사랑받는 이 효소는 단백질을 구성하는 리보솜을 구성하는 것을 포함하여 긴 RNA 사슬을 고효율로 대량 생산할 수 있는 강력한 일꾼입니다.
팀은 X선 분석을 사용하여 T7을 세 부분으로 나눌 수 있음을 발견했습니다. 각 부분은 전통적인 합성 범위 내에 있습니다. 각 부분(천연 대응물의 거울 버전)을 합성함으로써 궁극적인 구조가 T7 효소의 거울 버전으로 자가 조립됩니다.
"이 정도 크기의 단백질을 합성하는 것은 엄청난 노력이었습니다."라고 Sczepanski는 말했습니다.
미지로
Mirror T7을 손에 들고 팀은 다음으로 뒤집힌 리보솜을 만들기 시작했습니다. 단백질 제조 공장은 세 가지 주요 RNA 덩어리로 구성됩니다. 이러한 구성 요소에 대한 DNA 지침의 미러 버전이 주어졌을 때, 조작된 T7 효소는 행복하게 한 번에 세 개의 세그먼트를 모두 만들었습니다. 추가 테스트에서 거울로 뒤집힌 효소가 천연 효소와 유사한 오류율을 가짐을 발견했습니다.
더욱이 거울 이미지 T7에 의해 펌핑된 분자(거울 RNA)는 자연적으로 생성된 것보다 세포에서 훨씬 더 안정적이었습니다. 이는 종종 효과가 나타나기 전에 체내에서 쉽게 뭉쳐지는 RNA 기반 백신 또는 의약품에 대한 잠재적인 이점입니다. 거울 분자는 신체의 생물학적 과정과 동떨어져 있기 때문에 훨씬 더 오래 머물러 RNA 또는 단백질 기반 백신 및 약물의 효과를 잠재적으로 증가시킬 수 있습니다.
앞으로 갈 길이 멉니다. 현재 팀은 아직 완전한 거울 리보솜을 구축하지 않았습니다. RNA는 구조의 대략 50/XNUMX를 구성하고 XNUMX개 이상의 단백질이 남아 있습니다. 유전 공학을 통해 단백질 성분을 추가하는 것은 그 자체로 위업입니다. 그들이 미러링된 RNA와 함께 기능적인 미러 리보솜으로 조립되는지 여부는 완전히 알려지지 않았습니다.
그러나 팀은 "거울상 번역의 실현이 분자생물학의 거울상 중심 교리를 완성할 것"이라고 적었습니다.
