纽约哥伦比亚大学的科学家们发明了一种方法，解决了合成蛋白质工程中经常遇到的两个主要问题。

　　这种方法可以防止编码合成蛋白质的基因传播到野外，并使其稳定，使其不会随着时间的推移而突变和失去功能。

　　该研究的作者Tomasz Blazejewski说，这种方法“可能对农业用途有用，因为你不希望合成基因传播到天然作物上，或者在任何情况下，你不希望合成DNA从实验室逃逸。”

　　蛋白质工程是一个相对较新的领域，涉及创造自然界中从未见过的合成蛋白质。

　　工程师们通常通过改变为自然产生的蛋白质编码的基因来制造新的蛋白质。

　　今天，各种各样的合成蛋白质都是可用的，从提高洗涤剂效果的去污酶到用于治疗数百万糖尿病患者的新型长效胰岛素。

　　然而，蛋白质工程师面临的两个主要挑战是控制编码蛋白质的基因，使其不会传播到周围的生物体中，并确保基因不会随着时间的推移而突变并失去其功能。

　　据《科学》杂志报道，系统生物学家哈里斯·王及其同事现在已经开发出一种解决这两个问题的方法。

　　这种新方法的灵感来自于研究人员对病毒中发现的重叠基因的观察。重叠的基因占据相同的DNA序列，但在不同的时间框架内被读取，因此仍然会产生两种不同的蛋白质。

　　研究小组写道:“重叠的基因在翻译成相同核苷酸序列的不同阅读框时，会产生多种不同的蛋白质。”

　　当基因重叠时，序列中发生的随机突变可能不会影响一个基因，但可能会破坏第二个基因，从本质上锁定DNA序列。“我们认为我们可以将这个想法用于合成生物学，”王说。

　　该团队开发的这项技术被称为CAMEOS，它产生一个包含两个基因的单一DNA序列，这两个基因产生两种不同的蛋白质。

　　CAMEOS中的一个算法获取两个自然基因的遗传密码，并将它们组合成一个单一的DNA序列。要做到这一点，需要改变每个基因内的核苷酸碱基，但不影响产生的蛋白质的功能。

　　为了确定哪些碱基变化最有可能成功，CAMEOS扫描了一个由数十万个基因序列组成的数据库。

　　通过将两个不同的基因组合在一个DNA序列中，该算法阻止合成基因获得突变，并防止它们转移到其他生物体。

　　最终的预测序列然后在活细胞中使用高通量技术进行测试，该技术可以在短时间内测试数十万个序列。

　　王说，十年前，这些技术是不可用的。

　　为了控制合成基因并阻止其逃逸到野外，CAMEOS被用于将其与编码有毒蛋白质的基因结合。这意味着，一旦将缠结的基因插入设计用于产生解毒剂的细菌细胞中，它就会同时产生合成基因和有毒蛋白质。

　　虽然周围的细菌细胞可以吸收缠绕的基因，但一旦毒素产生，它们就会立即死亡。

　　“当一个感兴趣的基因与一个毒素基因合成重叠时，它在细菌之间的水平基因转移频率被强烈抑制，”作者说。

　　当缠绕的基因以这种方式包含DNA序列时，它也稳定了一个工程基因，并阻止合成蛋白质失去其功能和获得任何不需要的蛋白质。

　　该团队解释说，在合成蛋白质工程中，需要稳定基因工程功能并将重组DNA限制在预定宿主内的方法来应对自然突变积累和普遍的横向基因流动。

　　“在使用大桶细胞生产工程蛋白的行业中，不稳定性是一个问题。这种反应只会持续一段时间，然后突变就会接管，”合著者Hsing-I Ho说。“有了CAMEOS，这种反应可能会持续更长时间。”

　　研究人员说，这种设计、构建和测试重叠基因的通用策略，有助于稳定垂直基因进化，限制水平基因流动。

　　研究小组得出结论: