为了合成具有构建镜像生物系统目的的手性倒置核糖体，需要制备千碱基长的镜像核糖体 RNA，这些 RNA 构成了镜像核糖体的结构和催化核心，约占其分子质量的三分之二。

2022 年 10 月 27 日，西湖大学朱听团队在 Science 在线发表题为 Mirror-image T7 transcription of chirally inverted ribosomal and functional RNAs 的研究论文，该研究用化学方法合成了一个 100 千尔顿的镜像 T7 RNA 聚合酶，使酶组装的长镜像基因的全长镜像 5S、16S 和 23S 核糖体 RNA 能够高效、忠实地转录。

该研究进一步开发了多功能镜像 T7 转录系统的实际应用，如生物稳定镜像核糖开关传感器，无保护的长千碱基 L-RNA 在水中的长期存储，以及 L-核酶催化的 L-RNA 聚合，以作为基础 RNA 研究的模型系统。

在 Louis Pasteur 发现分子手性并提出手性倒置生命形式的 160 多年后，自然界中仍未发现镜像生命。以 D-氨基酸和 L-核酸为构建单元的体外镜像生物系统的实验室实现 (与自然手性的 L-氨基酸和 D-核酸相反) 提供了独特的机会，但仍然具有挑战性。这项工作的一个重要部分是建立分子生物学中心教义的镜像版本。在镜像 DNA 复制、转录和逆转录之后，下一步是实现镜像翻译。这需要高质量的长 L- RNA，如千碱基长的镜像核糖体 RNA (rRNA)，它构成了 >2-MDa 镜像核糖体的结构和催化核心。

高质量长 L-RNA 的化学合成仍然很困难，因为传统的磷酰化化学只允许高效合成 60 ～ 70 个核苷酸 (nt)。克服这一限制的一种方法是通过镜像聚合酶进行酶转录。之前使用镜像 solfataricus P2 DNA 聚合酶 IV (d-Dpo4-5m-Y12S) 的 Y12S 突变体转录 120 nt 镜像大肠杆菌 (E. coli) 5S rRNA。此外，交叉手性核酶已被开发用于聚合 L-RNA。然而，这两种系统都存在效率低、保真度低的问题，而且需要单链 L-DNA 或 L-RNA 模板，这些模板很难从聚合的 L-RNA 中制备和移除。

合成的自然手性和镜像 T7 RNA 聚合酶（图源自 Science）

另一种方法是合成噬菌体 T7 RNA 聚合酶的镜像版本，由于其优异的效率、保真度和启动子特异性，它是实验室中广泛用于体外和体内转录的主要酶。T7 RNA 聚合酶使用双链 DNA 模板进行转录，镜像版本的 DNA 模板可以通过镜像聚合酶链反应 (PCR) 很容易组装。然而，全长 T7 RNA 聚合酶包含 883 个氨基酸，超出了固相多肽合成 (SPPS) 和天然化学连接 (NCL) 相结合的化学蛋白质合成的一般大小限制，使各种镜像酶通常小于 ～400 个氨基酸，或 ～ 45kda。

最近，研究人员应用了分裂蛋白设计和系统异亮氨酸取代来促进 90-kDa 高保真镜像 Pfu DNA 聚合酶的全化学合成，从而实现了 1.5 kb 镜像 16S rRNA 基因的精确组装。尽管开发了一种用于转录 RNA 的突变 Pfu DNA 聚合酶，但转录效率不佳，且制备长单链 L-DNA 模板困难，可能使这种方法不切实际。研究人员开始使用分裂蛋白设计和系统异亮氨酸替代合成 100 kda 镜像 T7 RNA 聚合酶，并测试其高效、忠实转录高质量长 L-RNA 的能力，如镜像 5S、16S 和 23S rRNA 和各种功能的 L-RNA。

参考消息：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abm0646

转自：“丁香学术”微信公众号

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