据美国物理学家组织网近日报道，美国科学家在《自然》杂志上撰文指出，他们利用噬菌体，在实验室中让生物分子的进化速度提高了100倍。新研究有望让制药业使用实验室培育出来的蛋白质、核酸和其他成分按需制药。  

　　该研究的领导者、哈佛大学化学和生化教授戴维·刘说，大多数现代药物都由有机小分子制成，但某些情况下，蛋白质或核酸等生物大分子可能更适合用来制药。但这种生物大分子如何快速地制造一直是一大难题，新研究提供了一种新的解决办法。

　　科学家表示，虽然生物分子也会自然进化，但整个进化过程耗时很长，最终结果也无法控制。因此，几十年来，科学家一直使用实验室进化（直接进化）来生产具有特定性能的生物分子，但实验室进化的速率通常为每几天一轮，而且，在此期间，科学家或技术人员需要定期对样本进行操作。

　　而戴维·刘和同事研究出来的最新方法——噬菌体辅助持续进化（PACE）通过让生物分子的实验室进化和一种噬菌体的生命周期结合在一起，让蛋白质在每24小时内进化60轮。

　　PACE的效率是传统实验室进化方法的100倍左右，整个实验过程也无需人为干预，大大节省了科学家的劳动成本。除此之外，新方法使用的材料也很容易获得，另外，也可通过设计，拦住某些不需要的“骗子”分子。

　　科学家表示，该噬菌体的生命周期仅为10分钟，是已知噬菌体中生命周期最短的。PACE系统使用大肠杆菌的宿主细胞作为制造噬菌体细胞的工厂，使用噬菌体的基因编码让生物分子繁殖，生成所需要的蛋白质。

　　科学家在《自然》杂志上写道：“实验室进化已制造出很多具有特定性能的生物分子，但一轮变异、基因表达、筛选或选择、复制过程一般耗时几天甚至更长时间，而且需要人为干预。既然进化成功与否主要取决于最终进化出的轮数，因此，一种让实验室进化更快速进行的方法能显著增强其效率。”（刘霞）    



生物通报道：来自哈佛大学化学生物学系，分子与细胞生物学系，霍德华休斯医学院的研究人员报道了一种利用噬菌体体系进行生物分子合成的快速新方法，这种方法缩短了以往分子演化实验所需的时候，对于进化研究和制药研究具有重要的意义。这一研究成果公布在昨天出版的Nature杂志上。

领导这一研究的是哈佛大学化学生物学David  R.  Liu教授，据称这位教授是一位从来没有做过博士后的年轻教授，他早年毕业于哈佛大学，1999年在加州大学伯克利校区攻读博士学位，在Peter  Schultz教授指导下从事核糖核酸研究，并自主首次开始活细胞遗传密码的研究。之后就被哈佛大学任命为助教授，2004年晋升为教授。Liu教授曾被麻省理工学院技术评论列入全球Top  100  青年发明家（35岁以下），“大众科学”亦将其列入全美Top10最具才气的青年科学家。  

传统的制药成分大多都是小分子物质，但是很多有前景的新疗法都是以高分子为基础的，但是要合成这些分子，需要通过突变，基因表达，筛选和复制这些过程来合成，常常要耗费几天，甚至更长的时间，并且需要经常性的人为干预。

在这篇文章中，研究人员介绍了一种能在实验室内快速进化蛋白质的方法，他们利用由噬菌体辅助进行的连续演化体系，这个体系能直接将与大肠杆菌中蛋白的生成联系在一起，实现由基因编码的分子进行连续的、定向的演化。研究人员将这种方法称为phage-assisted  continuous  evolution（PACE），PACE方法能帮助进化基因在宿主细胞中传递，而且一天就能进行几十轮的演化，无需人为干预。这种方法套用了噬菌体M13的生活史。在传统定向进化方法中，科学家采用的是一种易错DNA复制方法，制造编码功能上稍有差异蛋白质的基因库。利用噬菌体辅助连续进化器，当携带目标蛋白基因的病毒在大肠杆菌细胞内复制时，便可以自动产生这样的基因库。大肠杆菌细胞已被改良以便增加病毒突变率。

研究人员利用这种方法，对T7  RNA聚合酶（RNAP）突变进行了演化——这种突变能识别一个特殊的启动子，利用ATP/CTP而不是GTP启动转录，在这项研究中，PACE方法在8天时间里完成了200轮的蛋白进化，这充分说明了这种方法的快速简便性。而且PACE方法也简化了未来寻找变异，而在每一个进化循环中都要对整个基因库进行筛查的繁复过程。

但是研究人员也提醒，这种方法可能不适用于某些高分子，因为PACE合成的蛋白或者核酸必须能与病毒的存活性相关联，因此在一些具体的实际用途方面，PACE方法也存在缺陷。

除此之外，Science近期也公布了进化研究方面的一项新成果：来自密歇根大学的研究人员证实带有长期进化利益性突变的“乌龟细菌”最终战胜了短期优势的“兔子细菌”。

研究人员选择了在500代内快速出现topA突变的菌株称为“兔子细菌”，而将其他的突变频率发生较慢的细菌，称为“乌龟细菌”。他们将“兔子细菌“和”乌龟细菌“等量混合，进行了直接竞争试验分析。研究人员本以为在传代至500代后这些“兔子细菌”应比“乌龟细菌”显示更强的适应优势，然而试验结果完全出乎他们的意料。研究人员发现在细菌生长分裂至500代时，“兔子细菌”确实在数量上占据绝对优势，然而在继续培养883代后，也就是在1383代时，情况发生了逆转，“乌龟菌株”不仅反超，而且“一统天下”。