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细胞|几分钟“尝”出17种水污染物 这种检测平台的“味蕾”竟来自细菌( 二 )


“无细胞合成生物的研究领域非常广 ， 无细胞的蛋白表达系统是其主要的研究方向之一 。”齐浩介绍 ， 此次污染物监测就利用了这个系统 ， 从大肠杆菌中取出小分子水平的“味蕾”部分 ， 设计成针对某种蛋白的表达系统 。同时显现出的绿色荧光 ， 也是通过表达一种荧光蛋白实现的 。
“还可以用上千条不同序列的DNA组成各种不同的纳米结构 ， 这也属于无细胞合成生物技术领域；在代谢工程中 ， 通过无细胞合成生物技术 ， 可以把各种代谢酶纯化出来 ， 放在一个系统里 ， 通过不同的生化反应环境 ， 让这些蛋白协同合作 ， 完成一个复杂的化学物质的代谢过程 。”齐浩介绍 。
“此外 ， 无细胞合成生物技术还有一个重要的研究领域 ， 就是超越自然界 ， 创造自然界没有的东西 。”齐浩解释说 ， 我们知道 ， 蛋白质是由20种天然的氨基酸合成的 ， 而无细胞合成生物技术可以人工合成新的氨基酸 。比如基因折纸的技术 ， 通过人工设计DNA上的分子序列 ， 把DNA折成字母、二维、三维等任意结构 。这种折纸技术在细胞内无法实现 ， 而应用了无细胞合成生物技术 ， 就能造出自然界从来没有的物质 。
前景广阔 ， 但离真正应用还有距离
“虽然无细胞合成生物技术近些年的发展突飞猛进 ， 而且应用前景广阔 ， 但是在此次美国西北大学发布的这个污染物监测的项目之前 ， 它更多是作为科研的手段和工具 。”齐浩介绍 ， 实验室、制药公司会用无细胞合成生物技术合成蛋白表达工具 ， 快速简便 。因为在此技术之前 ， 要得到一种蛋白 ， 需要分离纯化 ， 需要花费很长时间 。而应用这项技术 ， 可以在很短的周期内 ， 得到科研人员想要研究的蛋白 ， 因此常常被作为生物药物筛选研发技术 。
“利用类似技术 ， 实现了高灵敏度的病毒检测 ， 比核酸检测更灵敏 ， 区分精准度更高 ， 曾经被制成检测寨卡病毒的检测试剂 。其实蛋白药、疫苗、检测抗体都是基于蛋白的药物 ， 都可以应用无细胞合成生物的蛋白表达系统生成 。”齐浩表示 ， 这些目前算是比较前沿的技术 ， 但还都在转化的过程中 。
“除此之外 ， 无细胞合成技术在工程设计方面更容易实现 ， 通过把生命物质剥离纯化 ， 可以生成生化试剂 。没有细胞的束缚 ， 这些试剂与现有自动化设备更容易匹配 ， 因此也更容易在实验室中形成规模化生产 。”齐浩举例说 ， 比如通过合成生物技术合成蛋白需要两三天时间 ， 用无细胞技术 ， 可能一两个小时就能完成 ， 可更好地控制蛋白的产量 ， 实现标准化 。
“利用无细胞合成生物技术合成氨基酸 ， 还可以更好地拓展蛋白的功能 。比如有些酶 ， 我们把人工合成氨基酸放到酶的核心处之后 ， 酶的活性会提高上百倍上千倍 。”齐浩接着说 ， 利用DNA折纸技术 ， 可以制作类似生物分子机器人 ， 这些纳米级的机器人可以对另外一些分子进行可控的操作 。比如把DNA折成一个盒子 ， 把抗癌的药物放到盒子中 ， 当盒子遇到癌细胞 ， 就会释放抗癌药物 。这些都拓展了人类对自然的干预范围 。
“人类要想更好地运用控制这项技术 ， 就要更深入了解细胞中每个分子的特性 。虽然无细胞合成生物技术在实验室中被广泛研究 ， 但离真正应用于百姓生活中还有一段路要走 。”齐浩预测 ， 未来无细胞合成生物技术可能会最先应用到医药研发领域 ， 检测类产品可能会更快地进行技术转化 。


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