细胞生物学考研，细胞生物学考研题库及答案
《人类简史》中这样写道，不是人驯化了小麦，而是小麦驯化了人。人类或许无法完全驯化小麦，但或可驯化细菌，特别是得益于近年来基因编辑的发展。
事实上，自 1982 年，美国一家制药公司采用重组细菌生产出人胰岛素产品后，全世界用于生产新产品的重组微生物已经数以千计，被批准作为药品或食品的产品也有数十种。
这种灵活设计和改造生命，重塑生命体的过程即为合成生物学的最高境界。目前合成生物学主要有两方面的应用，一是设计和构建新的生物零件、组件和系统；二是对现有的、天然存在的生物系统进行重新设计和改造。
近日，合成生物学领域一家初创公司 Constructive Bio 揭开了面纱，该公司宣布筹集了 1500 万美元的种子轮资金，本轮融资由 Ahren 领投，Amadeus Capital Partners、General Inception 和 OMX Ventures 跟投。
据悉，这笔资金将用于构建商业应用的 techbio 平台，包括组装合成基因组和使用细菌菌株合成非天然聚合物。
Jason Chin 担任首席科学官，正开发两种平台技术
Constructive Bio 成立于 2022 年，位于英国剑桥，其背后的科学来自于医学研究委员会分子生物学实验室（MRC-LMB），旨在改写细菌的遗传密码，使微生物能够制造各种新材料如酶、药物和生物材料等。
目前，该公司由最新任命的首席执行官兼董事会成员 Ola Wlodek 博士领导，她是 Reflection Therapeutics 的前首席运营官，拥有超过 15 年的生物制药和研发经验，此前曾从事天然产物生物合成和非天然肽环化方面的工作。该公司还与 MRC-LMB 的 Jason Chin 教授（CSO）实验室开发的 IP 签署了医学研究委员会的独家许可，同时正在切斯特福德研究园区建造实验室。
Jason Chin 目前是 MRC-LMB 的项目负责人，也是化学与合成生物学中心（CCSB）的负责人，他本科毕业于牛津大学，博士毕业于耶鲁大学。Jason Chin 实验室率先开发和应用重新编程生物体遗传密码的方法，重写了近乎普遍的自然生命遗传密码，以创造使用新遗传密码的生物体。新生物具有显著的特性：它们对多种病毒具有抵抗力，可被编程以制造新的非天然或合成聚合物，甚至执行全新的功能。
▲图丨Constructive Bio 的创始人兼首席科学家 Jason Chin（来源：FINANCIAL TIMES）
他表示，Constructive Bio 正在开发两种平台技术。其一是大规模组装 DNA ——以前所未有的规模构建长片段 DNA，如整个细菌基因组可从头开始构建；其二是基因组重编程——系统地重新编码整个基因组，以设计用于商业应用的非天然产品如药物分子、新的塑料、电子材料或目前不存在的新分子。
这些技术将一起用于合成具有非天然氨基酸的聚合物，用于行业内的商业应用，包括新型疗法和抗生素、增强型农业、制造和材料。新型聚合物还可以设计成能够分解和回收单体，以支持循环、可持续的经济——这一举措可以改变价值 7500 亿美元的全球聚合物市场，同时帮助地球。
可应用于大肠杆菌、酵母和哺乳动物细胞
Constructive Bio 的技术平台都依托于 Jason Chin 实验室多年来对生物体遗传密码的研究。
自从地球上的生命诞生以来，DNA 就有四个化学字母-缩写为 A、T、C 和 G。通过中心法则，细胞以三个一组读取这些字母来制造氨基酸（同一种氨基酸可能会有多个密码子），指导由 20 种天然氨基酸组成的蛋白质。因此，理论上，可更改密码子与氨基酸的对应关系，从而往蛋白质中掺入 20 种天然氨基酸以外的氨基酸类型。
（来源：eferrit）
2021 年 6 月，一篇由 Jason Chin 担任通讯作者、以“Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis”为题的的论文发表在 Science 上。该研究称，对细菌基因组的广泛重写可以在一种蛋白质中添加许多新的非天然氨基酸（ncAAs）。这项工作可能为合成新型抗生素和抗肿瘤药物开辟新的途径。
（来源：Science）
为了增加更多的密码子，Jason Chin 及其同事选中了占用多种密码子的天然氨基酸，如丝氨酸，它可由 6 种不同的密码子编码-ACC、AGU、UCA、UCC、UCG 和 UCU。研究团队试图将编码丝氨酸的 6 个密码子中的两个解放出来，并使之编码新的氨基酸。
2019 年的一项研究中，Jason Chin 等人就使用 CRISPR-Cas9 基因编辑工具创建了一种名为 Syn61 的大肠杆菌菌株。研究团队替换了该细菌长达 400 万碱基的基因组中超过 18000 个丝氨酸密码子——将 UCG、UCA 和终止密码子 UAG 分别替换为它们的“同义密码子” AGC、AGU 和 UAA。这意味着，丝氨酸仍然会被整合到 Syn61 菌株产生的蛋白质的正确位置上，但 UCG、UCA 和 UAG 这三种密码子实际上是“空置”的，它们不再编码蛋白质中的任何东西，因此可以被重新利用。
现在，在 2019 年这项工作的基础上，Jason Chin 及其研究团队针对性地删除了一种被称为转运 RNA（tRNAs）分子的基因，这种 tRNA 分子可以识别 UGC 和 UCA，并将丝氨酸插入到蛋白质中。与此同时，他们还去除了对 UAG 终止密码子产生反应而终止蛋白质合成的化学化合物。
然后，在 Syn61 菌株中，研究人员对 UGC、UCA 和 UAG 这三个“空置”的密码子进行了重新编码，使得蛋白翻译机器在遇到这三种密码子时，往新生肽链中插入新的非天然氨基酸。最后，他们将这些密码子写回到 Syn61 的基因组中，并成功在单个蛋白质中同时添加三种非天然氨基酸。
同时，研究团队还开发了多种方法研究和扩大该系统的范围以用于非天然氨基酸掺入，如使蛋白质带有以前无法获得的翻译后修饰；使用毫秒的光脉冲快速控制细胞中的酶活性和蛋白质转运；通过基因编码的光交联剂定义参与蛋白质相互作用的界面。另外，该团队也正在开发可让蛋白质中的任何位点在体内被探针快速、特异性和有效地标记的方法，和用一系列小分子荧光团在细胞内和细胞上特异性标记蛋白质的方法。
▲图丨三种具有重新编程遗传密码的合成细菌（来源：FINANCIAL TIMES）
此拓展遗传密码的方法目前不仅可应用在大肠杆菌，还可应用于酵母、哺乳动物细胞和两种已建立的多细胞模式生物，C. elegans 和 D. melanogaster。通过应用在细胞中创建的用于控制和成像整个动物的蛋白质功能的方法，可对只能在有机体水平进行研究的过程提供新的见解，包括胚胎发育、组织形态发生、肿瘤生物学和神经元可塑性。
据 Constructive Bio 官网介绍，以这种方式重新编程细菌可以让微生物工厂制造其他方式无法获得的新材料。相比最新的“基因编辑”方法，如 CRISPR，会操纵现有的遗传密码，但不会创建新的密码。
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