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借进化神功,驭千军万马—诺贝尔化学奖又颁给生物学

  定向进化的本质是一种快速产生人工蛋白质的方法

  我们都知道进化一词暗含着褒义的潜台词,它代表了一种向上,向前的趋势。反映到具体的物种身上,就是更快、更高、更强、更聪明,或者对某种不利条件具有更加强大的忍耐力。然而,生物体的进化,其内生的动力往往是构成生物体的细胞中,某些蛋白质的进化。这些进化的蛋白质需要突变的基因来对其进行表达,翻译成生物学上的说法便是基因突变后,基因对应表达的蛋白质也将发生变化。也就是说,实际上蛋白质的进化也是基因突变后的自然结果。

蛋白质合成流程中的“翻译”过程,来源:Kelvinsong@WikiPedia,
CC3.0

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蛋白质合成流程中的“翻译”过程,来源:Kelvinsong@WikiPedia, CC3.0

  例如,澳大利亚的考拉在漫长的进化过程中,形成了以桉树叶为主食的习性,而后者可以产生令绝大多数动物死亡的毒性物质——萜烯。考拉体内与萜烯抗毒相关的基因高度表达,从而令考拉的肾脏可以将萜烯处理成水溶物质排出体外。而考拉强健的肾功能,就得益于其中用以分解萜烯的各种酶类在漫长的进化过程中,功能不断的得到加强。

汝之毒药,吾之蜜糖

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  定向进化是如何实现的?

  定向进化的根本思路是在人工条件下对蛋白质进行反复的变异和淘汰,从而有选择性的制造出所希望的蛋白质。具体来说,首先利用DNA合成技术,建立一个含有多种碱基排列顺序的变异集团(可以认为是一个DNA库)。再利用这些DNA转录出与其结构对应的蛋白质,就可以形成一个含有多种蛋白质的蛋白质库。这些蛋白质在实现我们具体设定的目标时候,必然有功能强弱之分,之后再差中取好,优中选精。好比在产品开发过程中,淘汰差的方案,仅仅保留其中的优异分子。

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