快速定向进化技术 几天即可“造出”新分子

美国北卡罗莱纳大学医学院研究人员近日在《细胞》杂志线上版刊发研究报告称，他们开发出一种可用于哺乳动物细胞的，可在几天内产生具有特定性质的新分子，其效率远高于目前使用的定向进化方法。
定向进化是美国科学家弗朗西斯·阿诺德上世纪90年代提出的概念，通过在实验室内模仿自然进化的关键步骤——突变、重组、筛选，在较短时间内完成漫长的自然进化过程，从而获得具有新的功能和特性的蛋白质。这一方法具有明确的人为设定目标，能让科学家重新设计分子，已成为新药研发、化学工程等领域的重要研究工具。阿诺德也因在定向进化研究方面的开创性工作获得了2018年诺贝尔化学奖。
此次，北卡罗莱纳大学研究小组开发的定向进化系统，使用辛德毕斯病毒作为待修饰基因的载体，通过宿主细胞内部的遗传驱动序列实现选择，因而被称为“遗传驱动序列的病毒进化”，或“VEGAS”。因为这一系统在哺乳动物细胞中起作用，所以可用于改造人类、小鼠或其他哺乳动物的蛋白质，这是传统的基于细菌细胞的定向进化方法很难做到的。
在研究报告中，研究小组详细介绍了他们使用VEGAS系统改造四环素反式激活因子、G蛋白偶联受体(GPCRs)以及变构纳米抗体的情况。三项实验皆在不到一周时间内成功完成，这比目前已有的定向进化方法要快了许多。
研究人员指出，目前的定向进化技术大多费力且耗时，且通常应用于细菌细胞，在人类蛋白质研究方面的应用并不理想。他们开发的新系统，则为科学家提供了用于哺乳动物细胞定向进化的有力工具，有望推动新的分子工具和疾病疗法的开发。
总编辑圈点
如果你有心，也许还记得，正是凭借在酶的定向进化领域的瞩目成就，美国科学家弗朗西斯·阿诺德荣膺2018年的诺贝尔化学奖。这一技术从自然进化规律中获得启发，在实验室的科学研究中，用人工诱导代替自然选择，从而实现分子的定向进化。如今这种技术正广泛用于医疗、化工等行业，而且还在不断迭代升级。