人工生物学正在努力创造一种真正的新生物体。在普林斯顿，化学教授迈克尔赫克特和他实验室的研究人员正在设计和构建可折叠和模仿维持生命的化学过程的蛋白质。由合成基因编码的它们的人造蛋白质长约100个氨基酸，使用20个氨基酸的连续变化排列。现在，Hecht和他的同事已经证实，至少有一种新蛋白可以催化生物反应，这意味着完全从头开始设计的蛋白在细胞中起着真正的酶的作用。
Hecht说，酶是所有生物学的关键。“生物学是生物化学反应和催化剂的体系，每一步都有一种催化它的酶，因为否则这些反应的生命就不会足够快......酶是一种催化剂，它是一种催化剂，因为进化花费了数十亿年的时间来选择它们，因此酶可以将反应速度提高许多个数量级。”
一旦Hecht和他的研究团队成功地为大肠杆菌创造了人造蛋白质，他们就开始寻找可以破坏这些简单细菌的关键功能。他们发现了四种基因，当它们被移除时，不仅会使大肠杆菌惰性有效死亡，而且它们的人造蛋白质可能会“拯救”或复苏。
他们在2011年首次发现了这些人造蛋白质，过去6年来他们一直致力于弄清楚它们的新蛋白质的功能的确切机制，现在在1月15日发表在“自然化学生物学”上。
Hecht告诫说，重要的是不要假设人造蛋白质的功能与自然拯救的自然蛋白质的功能相同。
确定人造蛋白质使用的机制需要进行无数次实验。“我们有4种不同的基因缺失，4种不同的酶功能，”该论文的第一作者Ann Donnelly说。
经过多年的实验，研究小组得出结论认为，这些“救援”中的两个是通过取代酶来实现的，这些酶是用来催化其他反应的蛋白质，帮助它们快速运作以维持生命蛋白质本身不是酶，但是她说，促进细胞内其他过程的生产。第三个是显示进步，但是第四个却让来自赫克特实验室的多位研究人员感到失望。
不过，当唐纳利做研究时，他是研究生，现在是匹兹堡大学生物信息学研究专家，他破译了这些代码。
“这种人造蛋白Syn-F4实际上是一种酶，”Donnelly说。“对我来说，这是一个令人难以置信的难以置信的时刻令人难以置信的是，除非我多次重复，否则我不想说任何话。”
她只告诉研究生研究生Katie Digianantonio和新论文的共同作者，博士后研究员Grant Murphy。“我说，‘我认为这是一种酶。’我向他们展示了最初的数据，并说：“别对迈克尔说什么，让我再做一次。” Donnelly重新纯化了蛋白质，并为大肠杆菌创造了一种新的完全纯化的底物。“我从不同的准备中再次运行一切当结果出现时，我告诉迈克尔，”她说。
她说，除了可以拯救基因缺失的原始蛋白质外，这是唯一一个被证明是酶的蛋白质至少目前为止。
“我们有一种全新的蛋白质，它能够通过实际上是一种酶来维持生命这真是太疯狂了，”赫克特说。
这对行业有重大影响，贾斯汀西格尔，食品和卫生创新研究所教授主任，加州大学戴维斯分校基因组中心的化学，生物化学和分子医学助理教授说，谁没有参与研究。
“生物技术通常使用酶进行材料，食品，燃料和医药生产的工业过程，”西格尔说。“在工业环境中使用这些酶通常始于一种酶，自然界为了一个无关的目的而进化了数十亿年，然后对蛋白质进行调整以改进它在现代应用中的功能。这里的报告表明我们不是更长时间限制于自然界产生的蛋白质，而且我们可以在几个月内开发蛋白质通常需要数十亿年的时间才能发展。”
Hecht的团队创建了一株缺少酶Fes的大肠杆菌菌株，没有这种菌株就无法获得维持生命所需的铁。“我们都需要铁，”赫克特说。“尽管地球上铁丰富，但生物无障碍铁却不是。”他解释说，细胞已经发展出像enterobactin这样的分子，它可以从任何可用的来源中清除铁，但是他们需要一种工具比如Fes从铁离子紧紧夹住铁。
这种修饰的大肠杆菌菌株无法从肠细菌素中提取或水解铁，直到其被Syn-F4“拯救”。研究人员向大肠杆菌提供了铁，但它只将细胞染成红色，因为虽然它们可以积聚结合的金属，但它们不能将其从肠细菌素中释放出来或用于细胞使用。
“然后Ann注意到......他们不再是红色，他们是白色的，这表明细胞可以打破这种情况并获得铁，这表明我们实际上有一种酶！”赫克特说。
新西兰奥塔哥大学生物化学高级讲师韦恩帕特里克说：“数百万年的进化导致了Fes，一种完美的水解肠细菌素的酶。”他没有参与这项研究。“很容易研究Fes的结构，功能和机制，并通过将其与相关序列进行比较来推断它的进化，但是询问Fes是否是解决生物化学问题的难度更大（也更有趣）水解Enterobactin的问题或者它是否是众多解决方案之一Donnelly等人已经表明，一种从未出生的酶（人工除外，在他们的实验室中）尽管如此也是一种同样好的解决方案机会）。
“这一推理有几个含义，”帕特里克解释说。“一个是为了地球上仍然有待发现的生命，也许有一天，我们会发现一种看起来像Syn-F4的天然酶，但它代替了某些微生物或其他微生物中的Fes，至少现在我们会另一个含义是天体生物学，如果生物化学问题有很多同样可能的解决方案，那么在宇宙其他地方找到解决方案的可能性就更大了。”
赫克特说，研究人员正处于真正合成生物学的风口浪尖。
“大肠杆菌有4,000个不同的基因，”他说。“我们没有测试全部4000个，因为这个实验的唯一方法是，如果在最小的介质上没有增长，那么4000个，这对一些人来说只有这样。”
“我们开始编写一个人工基因组，我们已经拯救了大肠杆菌基因组的0.1%......现在，这是一个奇怪的大肠杆菌，有一些人工基因可以让它生长，假设你替换10%或20%，然后它不仅仅是一个带有一些人造基因的奇怪的大肠杆菌，那么你不得不说它是一种新型的有机体。”
（选自《麦肯息讯》医药）