定向進(jìn)化是美國(guó)科學(xué)家弗朗西斯·阿諾德上世紀(jì)90年代提出的概念，通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)模仿自然進(jìn)化的關(guān)鍵步驟——突變、重組、篩選，在較短時(shí)間內(nèi)完成漫長(zhǎng)的自然進(jìn)化過(guò)程，從而獲得具有新的功能和特性的蛋白質(zhì)。這一方法具有明確的人為設(shè)定目標(biāo)，能讓科學(xué)家重新設(shè)計(jì)分子，已成為新藥研發(fā)、化學(xué)工程等領(lǐng)域的重要研究工具。阿諾德也因在定向進(jìn)化研究方面的開(kāi)創(chuàng)性工作獲得了2018年諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。

此次，北卡羅萊納大學(xué)研究小組開(kāi)發(fā)的定向進(jìn)化系統(tǒng)，使用辛德畢斯病毒作為待修飾基因的載體，通過(guò)宿主細(xì)胞內(nèi)部的遺傳驅(qū)動(dòng)序列實(shí)現(xiàn)選擇，因而被稱為“遺傳驅(qū)動(dòng)序列的病毒進(jìn)化”，或“VEGAS”。因?yàn)檫@一系統(tǒng)在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中起作用，所以可用于改造人類、小鼠或其他哺乳動(dòng)物的蛋白質(zhì)，這是傳統(tǒng)的基于細(xì)菌細(xì)胞的定向進(jìn)化方法很難做到的。

在研究報(bào)告中，研究小組詳細(xì)介紹了他們使用VEGAS系統(tǒng)改造四環(huán)素反式激活因子、G蛋白偶聯(lián)受體(GPCRs)以及變構(gòu)納米抗體的情況。三項(xiàng)實(shí)驗(yàn)皆在不到一周時(shí)間內(nèi)成功完成，這比目前已有的定向進(jìn)化方法要快了許多。

研究人員指出，目前的定向進(jìn)化技術(shù)大多費(fèi)力且耗時(shí)，且通常應(yīng)用于細(xì)菌細(xì)胞，在人類蛋白質(zhì)研究方面的應(yīng)用并不理想。他們開(kāi)發(fā)的新系統(tǒng)，則為科學(xué)家提供了用于哺乳動(dòng)物細(xì)胞定向進(jìn)化的有力工具，有望推動(dòng)新的分子工具和疾病療法的開(kāi)發(fā)。

總編輯圈點(diǎn)

如果你有心，也許還記得，正是憑借在酶的定向進(jìn)化領(lǐng)域的矚目成就，美國(guó)科學(xué)家弗朗西斯·阿諾德榮膺2018年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。這一技術(shù)從自然進(jìn)化規(guī)律中獲得啟發(fā)，在實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)研究中，用人工誘導(dǎo)代替自然選擇，從而實(shí)現(xiàn)分子的定向進(jìn)化。如今這種技術(shù)正廣泛用于醫(yī)療、化工等行業(yè)，而且還在不斷迭代升級(jí)。