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从零拼出生命的第一个人造基因:柯拉纳化学-酶促全合成酵母 tRNA 基因

1972 年 12月1日 · 磷酸二酯化学合成层析柱、T4 DNA 连接酶、DEAE-纤维素柱与变性聚丙烯酰胺凝胶

摘要

人类能否在没有天然DNA模板的情况下纯人工制造基因?柯拉纳将化学合成短片段与酶促互补粘合结合,拼出77对碱基的完整基因。

你知道吗?

生命不再是上帝不可触摸的黑盒,只要化学试剂纯度够高,我们就能重写造物图纸。

在测定出酵母丙氨酸tRNA的全部一级序列后,哈宾德·柯拉纳决定在实验室发起一项前所未有的工程冒险:完全不借助生物体复制,从试剂瓶中的化学单体出发,手工拼接出一段具有生物学功能的真核基因。在没有现代自动化DNA合成仪的蛮荒时代,柯拉纳团队利用极为艰苦的磷酸二酯化学法,在玻璃层析柱上一步步缩合保护基团,耗费数年合成了十几个长度在5到15个核苷酸的短寡脱氧核糖核酸链。

随后,柯拉纳展现了神级酶学构想:他让这些化学合成链两两设计出互补交叠的黏性短重叠区,使其在试管中退火形成带有切口的假双链,再引入刚刚发现不久的T4 DNA连接酶,利用高能ATP驱动磷酸二酯键的共价缝合。最终,77个碱基对的完整酵母丙氨酸tRNA结构基因在试管中诞生,并在后续研究中证实具备启动子转录活性!

这项跨越五年的史诗级工作开辟了化学合成生物学的大门,证明生命的核心密码可以被人类完全人工铸造。

来源

paper · Khorana, H. G., et al. (1972). Studies on polynucleotides: CIII. Total synthesis of the structural gene for an alanine transfer ribonucleic acid from yeast. J. Mol. Biol., 72(2), 209–217.

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1972 年 12月1日
PAPER
BIO-C2-07