合成基因像搭积木般构建细胞结构

为医疗和生物领域开辟新应用场景

科技日报北京11月7日电 （记者张梦然）美国加州大学洛杉矶分校与意大利罗马第二大学的研究团队共同研发了一种新型合成基因。这些合成基因的功能与活细胞中基因类似，能够通过一系列级联序列构建细胞内的结构，就像使用模块化单元搭积木那样，实现自组装结构的逐块构建。该成果发表在最新《自然·通讯》期刊上，其意味着利用相同的构建单元，可以构建多种不同的结构，并且这些结构可以轻松拆解并重组为其他形式。

这项研究利用分子自组装指令的时间顺序来扩展生物分子材料复杂度，而非单纯增加携带这些指令的分子数量。这揭示了一种可能性，即仅需调整控制组装时间顺序的元素，就能从一组有限的构建块中，“进化”出不同的材料。该方法正是模仿了复杂生物体的发展过程。

研究团队采用了由多条合成DNA链组成的“DNA瓦片”作为构建单元，然后在含有数百万个这类瓦片的溶液中，使它们相互作用形成微米级别的管状结构。这些结构的形成，需要特定的RNA分子作为触发器。此外，不同类型的RNA触发分子，还能促使已形成的结构发生分解。通过对不同合成基因的编程，团队能够精确控制DNA结构的形成与溶解时间。

通过连接这些合成基因，团队构建了一个类似于控制果蝇身体部位形成的合成基因级联系统。这个系统还能够管理这些结构在特定时刻的组成特性。

通过协调这些信号，人们能够赋予相同组件不同的功能，进而创造出从相同组分自发演化的材料。这项研究为合成生物学带来了新的突破，也为医疗和生物领域开辟出新的应用场景。

【总编辑圈点】

在生物学的殿堂里，合成生物学正以其独特的魅力吸引着全世界的目光。本文的研究为这一领域添上了浓墨重彩的一笔。科学家开发出的全新合成基因技术，能够像拼装乐高积木一样，在细胞内部搭建出各式各样的微观结构，不仅展示了人类对生命本质操控能力的飞跃，也预示着材料科学与生物医学领域的无限可能。它让我们看到了未来智能材料、药物递送系统乃至组织工程等多个领域的广阔前景。可以想象，一个更加精彩纷呈的生命科技时代正在等待着我们。