科技日報記者 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(fā)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(lián)序列構(gòu)建細胞內(nèi)的結(jié)構(gòu)，就像使用模塊化單元搭積木那樣，實現(xiàn)自組裝結(jié)構(gòu)的逐塊構(gòu)建。該成果發(fā)表在最新《自然·通訊》期刊上，其意味著利用相同的構(gòu)建單元，可以構(gòu)建多種不同的結(jié)構(gòu)，并且這些結(jié)構(gòu)可以輕松拆解并重組為其他形式。

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

研究團隊采用了由多條合成DNA鏈組成的“DNA瓦片”作為構(gòu)建單元，然后在含有數(shù)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(jié)構(gòu)。這些結(jié)構(gòu)的形成，需要特定的RNA分子作為觸發(fā)器。此外，不同類型的RNA觸發(fā)分子，還能促使已形成的結(jié)構(gòu)發(fā)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(jié)構(gòu)的形成與溶解時間。

通過連接這些合成基因，團隊構(gòu)建了一個類似于控制果蠅身體部位形成的合成基因級聯(lián)系統(tǒng)。這個系統(tǒng)還能夠管理這些結(jié)構(gòu)在特定時刻的組成特性。

通過協(xié)調(diào)這些信號，人們能夠賦予相同組件不同的功能，進而創(chuàng)造出從相同組分自發(fā)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(yī)療和生物領(lǐng)域開辟出新的應用場景。

總編輯圈點

在生物學的殿堂里，合成生物學正以其獨特的魅力吸引著全世界的目光。本文的研究為這一領(lǐng)域添上了濃墨重彩的一筆。科學家開發(fā)出的全新合成基因技術(shù)，能夠像拼裝樂高積木一樣，在細胞內(nèi)部搭建出各式各樣的微觀結(jié)構(gòu)，不僅展示了人類對生命本質(zhì)操控能力的飛躍，也預示著材料科學與生物醫(yī)學領(lǐng)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(tǒng)乃至組織工程等多個領(lǐng)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著我們。