新工具让蛋白质设计“字母表”扩展至34种

美国哈佛大学团队近日开发出一种名为AGENTEX的新工具，通过改造转运RNA（tRNA），将蛋白质设计所使用的“氨基酸字母表”从天然的20种扩展至34种。该工具不用改造生物体基因组，甚至不用活细胞，即可在试管中构建新型蛋白质，为快速设计和制造自然界不存在的蛋白质提供了新路径，有望推动药物、材料等领域研发。相关研究发表于最新一期《自然》杂志。

自然界中的生命主要利用20种氨基酸合成蛋白质。由于编码氨基酸的密码子存在冗余，科学家一直希望重新分配部分密码子的功能，从而制造具有新性质的蛋白质。过去，这一过程通常需要对生物体基因组进行重新编码，不仅耗时，也可能干扰细胞正常功能。

AGENTEX通过在细胞外重构蛋白质合成过程，绕开了这些限制。团队首先利用该工具设计和制造tRNA，并为其指定天然或人工设计的氨基酸；随后筛选性能较好的tRNA，再设计与之匹配的工程化核糖体。将这些组分加入不含完整细胞、但保留蛋白质合成功能的裂解液后，便能够合成具有新型氨基酸组成的蛋白质。

此次发现tRNA末端区域的可塑性高于此前认识，这为构建独立于天然蛋白质合成系统的人工遗传密码提供了基础。

AGENTEX能够自动完成tRNA设计、筛选和核糖体匹配等环节，并可借助开源机器人平台实现自动化操作。该技术未来有望用于新型药物、材料和食品等领域研发，也可用于研究与疾病相关的tRNA突变。