合成生物学之镜像生命的合成

     镜中花,水中月都属于镜像中的世界。

碰不到,捞不着。

那么什么是镜像生命呢?

这涉及到手相,哦,不对,是手性的概念。

简单地说,就是让有机大分子照照镜子。镜外的是正常分子,镜內的就是镜像分子。

你的手也一样,左手照镜子变右手,右手照镜子变左手。

在化学中,有机大分子一般都有两种手性,甚至更多。即L构型和D构型。

有趣的是,生物大分子保持了惊人的一致。

组成DNA/RNA的核苷酸都是D手性的,而组成蛋白氨基酸都是L手性的。

这在进化上一直是没有解释清楚的谜团。

如果存在一个镜像的地球,那么其上的镜像生命

组成DNA/RNA的核苷酸都是L手性的,而组成蛋白氨基酸都是D手性的。

合成生物学是一个全新的领域,似乎什么分子元件都可以合成,但是其中的技术壁垒也显而易见。

     合成生物学界大佬,美国斯坦福大学的Drew Endy教授提出三大合成生物学的基本原则:标准化(standardization),去耦合(decoupling)和模块化(modularization)。

按照合成生物学的三大基本原则,我们首先对生命系统进行拆分和组装。

首先需要找到核心才能标准化

组成碳基生命的基本物质是DNA,RNA和蛋白。DNA负责进行遗传信息的水平流动,而RNA和蛋白负责遗传信息的垂直流动。当然RNA偶尔也充当多面手,完成信息的多方位流动。

因此,生命的基础是中心法则中的三个标准过程。复制转录和翻译。只要是生命,都逃不开这三个过程。

下一步怎么办呢?拆分(decoupling

其实就是将生命当成了一个机器,把相关的零件给拆下来,吃透研究清楚了(基础生物学),再原样装回去(合成生物学)。虽然说,复制转录和翻译相辅相成,但这是三个相对独立的生命过程。因此可以将中心法则分成三个独立的部分。即DNA负责遗传信息的复制,RNA负责遗传信息的携带和翻译,蛋白负责遗传信息对外部进行的展示。

decoupling完成,我们就可以将这三个过程模块化了。

复制模块最简单,只需要两类,即DNA和DNA聚合酶。

RNA转录模块,也是两类DNA模板和RNA聚合酶。

蛋白翻译就比较复杂一些,mRNA和核糖体。


好了,路线非常清晰。

我们只需要先完成复制模块就可以证明镜像生命存在的可能性了,也就是可以触摸到镜像生命。

镜像DNA哪里来?

化学合成,只需要选用反手性的即L型的脱氧核苷酸(dNTP)就行了。

镜像DNA聚合酶怎么办?

求助于化学多肽合成啊。

鉴于目前化学多肽合成困难重重,合成能力极为有限。因此,我们在生物界寻找最小的DNA聚合酶,以减轻化学合成的难度。

关键时刻,还是病毒(

病毒,是生命之源,还是死亡之神

)大哥帮忙。病毒不愧是生命之源哈。这个DNA聚合酶是,ASFV pol X,非洲猪瘟病毒独家出品,只有174个氨基酸。


好啦,大功告成,拿着镜像的ASFV pol X去复制镜像的DNA模板,一帆风顺,水到渠成,完成了遗传信息的垂直流动。

至此,复制模块概念完成,算是走完了万里长征第一步。

路漫漫其修远兮,吾将上下而求索。

外星生命到底存不存在,我不知道。但是镜像生命,未来可期。

参考资料:

http://zhulab.life.tsinghua.edu.cn/

https://openwetware.org/wiki/Endy:Research

https://www.nature.com/articles/nchem.2517

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