合成基因像搭積木般構建細胞結構

為醫療和生物領域開闢新應用場景

科技日報北京11月7日電 （記者張夢然）美國加州大學洛杉磯分校與意大利羅馬第二大學的研究團隊共同研發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序列構建細胞內的結構，就像使用模塊化單元搭積木那樣，實現自組裝結構的逐塊構建。該成果發表在最新《自然·通訊》期刊上，其意味着利用相同的構建單元，可以構建多種不同的結構，並且這些結構可以輕鬆拆解並重組為其他形式。

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複雜度，而非單純增加攜帶這些指令的分子數量。這揭示了一種可能性，即僅需調整控制組裝時間順序的元素，就能從一組有限的構建塊中，“進化”出不同的材料。該方法正是模仿了複雜生物體的發展過程。

研究團隊採用了由多條合成DNA鏈組成的“DNA瓦片”作為構建單元，然後在含有數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構。這些結構的形成，需要特定的RNA分子作為觸發器。此外，不同類型的RNA觸發分子，還能促使已形成的結構發生分解。通過對不同合成基因的編程，團隊能夠精確控制DNA結構的形成與溶解時間。

通過連接這些合成基因，團隊構建了一個類似於控制果蠅身體部位形成的合成基因級聯繫統。這個系統還能夠管理這些結構在特定時刻的組成特性。

通過協調這些信號，人們能夠賦予相同組件不同的功能，進而創造出從相同組分自發演化的材料。這項研究為合成生物學帶來了新的突破，也為醫療和生物領域開闢出新的應用場景。

【總編輯圈點】

在生物學的殿堂裏，合成生物學正以其獨特的魅力吸引着全世界的目光。本文的研究為這一領域添上了濃墨重彩的一筆。科學家開發出的全新合成基因技術，能夠像拼裝樂高積木一樣，在細胞內部搭建出各式各樣的微觀結構，不僅展示了人類對生命本質操控能力的飛躍，也預示着材料科學與生物醫學領域的無限可能。它讓我們看到了未來智能材料、藥物遞送系統乃至組織工程等多個領域的廣闊前景。可以想象，一個更加精彩紛呈的生命科技時代正在等待着我們。