2023年06月总结有代表性论文共计30篇，亮点进展10篇，内容偏向合成生物化学、合成生物学元件与工具设计、合成基因组等3大领域，研究热点为核酸内切酶挖掘、碱基编辑器开发、金属酶设计、基于生物分子凝聚体的合成细胞等。
本文为合成生物学月度科研进展汇总，依据合成生物学契合度、发表期刊影响力、学术创新性、科学传播广度等进行归纳总结。本文仅代表编者观点，排序未有任何实质意义。
01
组蛋白遗传失常促进肿瘤进化
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所甘海云团队在《Nature Communications》发表题为“亲代组蛋白遗传受损促进肿瘤进展”的文章，在人类乳腺癌细胞中构建了组蛋白遗传受损的肿瘤细胞模型，首次直接证明了破坏组蛋白遗传可导致肿瘤细胞表型发生改变。更重要的是，为肿瘤表观遗传的理解提供了一种新的思路。组蛋白遗传被破坏后，子代细胞不能完全继承亲代细胞的转录记忆模式，从而造成肿瘤细胞基因表达的多样性，进而为肿瘤的进化提供驱动力。该机制的发现也为针对表观遗传的肿瘤治疗提供了新的理论依据。
02
DNA也能像GFP一样发光
美国国家心肺血液研究所核酸实验室Adrian R. Ferré-D’Amaré团队在《Nature》发表题为“GFP仿制DNA的复杂三维结构”的文章，通过X射线晶体衍射和冷冻电镜表征了Lettuce-荧光团复合物的三维结构。结果表明，该长度为53nt的DNA采用四路连接（4WJ）的方式进行折叠。与4WJ RNAs中经典的L型或H型结构不同，Lettuce的四个茎形成两个同轴堆叠，其共线包装以形成荧光团结合的中央G-四联体。这种折叠通过堆叠、广泛的碱基氢键和一价和二价阳离子配位来稳定。总体而言，这种结构比许多大小相当的RNA更加紧密。Lettuce展示了DNA如何在不使用RNA样三级相互作用的情况下形成精细的三维结构，同时将有可能通过对复杂DNAs结构的分析来阐释核酸组织的新原理。
03
一锅法合成治疗性寡核苷酸
英国曼彻斯特生物技术研究所S. L. Lovelock团队在《Science》发表题为“酶级联可在单次操作中生产治疗性寡核苷酸”的文章，报道了一种生物催化方法，通过聚合酶和核酸内切酶的协同工作来扩增嵌入催化自引发模板中的互补序列，从而在单一操作中有效地生产寡核苷酸。这种方法使用无保护的合成原料，且在水相发生反应。更进一步，作者通过合成临床相关且含有不同修饰的寡核苷酸序列证明了这种方法的通用性。
04
小环肽，大作用
英国圣安德鲁斯大学生物学院Clarissa Melo Czekster团队在《Nature Chemical Biology》发表题为“一个抗生物膜环肽可以靶向来自铜绿假单胞菌的分泌型氨基肽酶”的文章，该工作的研究对象是铜绿假单胞菌氨基肽酶，即PaAP，其与生物膜的形成有关，并有助于营养物质的循环利用。作者证实，PaAP是一种作用于肽和蛋白质非结构化区域的混杂氨基肽酶。野生型酶和突变体的晶体结构揭示了自抑制的机制，即C端前肽将蛋白酶相关结构域和催化肽酶结构域锁定为自抑制构象。受此启发，作者设计了一种高效的小环肽抑制剂，其概括了在生物膜实验中用PaAP缺失突变体观察到的有害表型，提供了一种在生物膜背景下靶向分泌蛋白的途径。
05
生物界的[4+2]
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所周佳海团队与合作者在《Nature Chemistry》发表题为“糖基化酶催化串联分子间[4+2]环加成反应应用于天然产物的生物合成”的文章，首次揭示了糖基化对天然产物生物合成酶催化活性的分子调控机制，报道了糖基化蛋白EupfF及其同源蛋白PycR1分别催化串联[4+2]环化反应，参与强效抗肿瘤天然产物eupenifeldin和pycnidione的生物合成。发现糖基化修饰的生物合成酶不但易于分泌，而且具有更强更完整的催化功能，这为生物合成酶的设计与改造提供了新的思路；而串联[4+2]环化酶的发现和催化机制的阐明为复杂药用天然产物的酶法合成带来了新的启示。
06
血红素酶再造
美国华盛顿大学蛋白质设计研究所David Baker团队与合作者在《JACS》发表题为“设计具有与开放金属配位位点毗邻的可调节底物结合口袋的血红素酶”的文章，设计了一个高亲和性血红素结合蛋白dnHEM1，其具备轴向组氨酸配体、允许产生反应中间体的空配位位点和底物结合的可调节口袋。分辨率为1.6埃的X射线晶体结构证明了实验结构与设计模型极好的一致度。结合远端口袋取代将dnHEM1转化为一个具备稳定中性铁基中间体的高效过氧化物酶。同时，通过重新配置远端口袋以适应计算的过渡态模型，重新设计dnHEM1以产生用于苯乙烯环丙烷化的对映互补卡宾转移酶。该方法可以实现包含与各种形状和功能结合口袋毗邻的辅因子酶的定制化设计。
07
肠道微生物质粒挖掘
中国科学院深圳先进技术研究院合成生物学研究所马迎飞团队在《Nucleic Acids Research》发表题为“来自人类肠道微生物的宽宿主质粒的全球传播”的文章，对人类肠道质粒进行了系统挖掘，鉴定了一系列具有宽宿主范围且在全球广泛传播的质粒，为深入了解人体肠道质粒组多样性与新颖性提出全新见解，并突出了质粒对全球人类健康的潜在影响。此外，由于人肠道细菌多为非模式菌，当前对于肠道细菌的编辑缺少合适的基因编辑工具。本研究发现的广宿主质粒在肠道细菌和噬菌体基因组编辑领域将具有巨大的应用潜力。
美国塔夫茨大学生物医学研究生院Marta M. Gaglia团队在《Nature Microbiology》发表题为“切割位点偏好性允许甲型流感病毒PA-X区分宿主和病毒mRNAs”的文章，使用与高通量测序相结合的互补DNA末端的5'快速扩增来表征PA-X在转录组范围内的切割位点。RNA结构预测和实验验证表明，来自多个流感病毒毒株的PA-X优先切割位于发卡Loops的GCUC四联体。重要的是，GCUC四联体在人体中十分丰富，但在流感病毒转录本中很少。此外，插入甲型流感病毒基因组的最优PA-X切割位点在病毒复制时很快被识别和切割。这一发现表明，PA-X进化出了这种切割特征，以更好地靶向宿主而不是病毒mRNAs。
美国麻省理工学院和哈佛大学博德研究所张锋团队在《Nature》发表题为“Fanzor是一种真核生物可编程的RNA引导核酸内切酶”的手稿，证明了Fanzor可被重编程，以用于人类基因组工程。作者利用冷冻电镜解析了来自Spizellomyces punctatus的Fanzor蛋白（SpuFz）2.7埃分辨率的结构，揭示了Fanzor，TnpB和Cas12核心区域的保守性，尽管同源RNA结构是多样化的。结果表明，Fanzor是一个真核OMEGA系统，证明了RNA引导的核酸内切酶在生命之树的三域中均存在。
中国科学院动物研究所王皓毅团队和合作者在《Nature Biotechnology》发表题为“TnpB核酸酶的进化挖掘和功能表征坚定了高效的微型基因组编辑器”的文章，筛选了来自64个注释的IS605成员的TnpBs，鉴定出了25个在大肠杆菌中有活性的TnpBs，其中有3个在人体细胞中有活性。对该25个TnpBs的进一步表征使得可以从基因组序列预测转座相关基序（TAM）和reRNA。作者搭建了一个用于在原核基因组中注释TnpB系统的框架，并应用该平台鉴定了14个额外的候选TnpBs。在这些候选者中，ISAam1和ISYmu1在人类细胞的几十个基因组位点上表现出鲁棒的编辑活性。这两个RNA引导的基因组编辑器具备与SaCas9相似的编辑活性，但体积要小很多。TnpBs极其丰富的多样性使得发掘另外更有价值的基因组编辑器成为可能。
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