生物进化开启"快进模式"：科学家打造10万倍速蛋白质进化引擎

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（图片来源：Science）

在生命科学领域，一场颠覆性的技术革命正在上演。

北京时间8月10日，国际顶级期刊《科学》（Science）以封面论文形式报道了全球知名研究机构斯克里普斯研究所（Scripps Research）的重大突破——名为T7-ORACLE的合成生物学系统，能够将蛋白质的定向进化效率提升至自然状态的10万倍。这项技术犹如为生物进化按下”快进键”，或将彻底改写药物研发与疾病治疗的规则。

T7-ORACLE: A phage-based system for targeted hypermutation of proeins in vivo

（图片来源：Science）

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从”百万年”到”几天”：进化引擎如何工作？

传统蛋白质定向进化如同”大海捞针”，科学家需要耗费数月甚至数年筛选理想变体。而T7-ORACLE系统通过三步精准改造，实现了进化效率的指数级飞跃：

“病毒外挂”植入：研究人员从噬菌体T7中提取DNA复制机制，整合至大肠杆菌，构建独立于宿主基因组的”实验田”；
关闭纠错功能：故意破坏病毒酶的校对能力，使目标基因在复制中高频出错（突变速率达10万倍）；
精准靶向变异：每次细菌分裂（约20分钟一次），目标蛋白质即产生大量新变异，且不影响细菌自身存活。

在验证实验中，团队用该系统进化常见的抗生素耐药基因TEM-1，仅6天便获得耐受原始浓度5000倍的超级变体，而传统方法需耗时数月。”这就像从徒步旅行瞬间切换到超音速飞行。”论文通讯作者、斯克里普斯研究所教授王磊（化名）比喻道。

医学革命的钥匙：从抗癌抗体到”预言”病毒变异

T7-ORACLE的潜力远不止于实验室：

抗癌新武器：快速筛选高亲和力抗体，缩短肿瘤免疫治疗研发周期；

病毒预测战：模拟新冠病毒、流感病毒等变异路径，提前设计广谱疫苗；

酶工程革命：数天内定制降解塑料或污染物的高效酶，助力环保技术。

“它就像一个万能蛋白质‘梦工厂’。”未参与研究的哈佛大学合成生物学家Jennifer Lippincott-Schwartz评论称，”无论是人类基因还是病毒片段，插入系统就能快速‘演化’出所需功能。”

挑战与未来：安全性与伦理边界

尽管前景广阔，该技术也引发讨论。剑桥大学生物安全专家James Collins提醒：”超速进化可能意外产生危险蛋白，需严格管控实验条件。”对此，研究团队回应称，当前系统仅针对特定质粒，且已设计多重生物遏制措施。

据透露，斯克里普斯研究所正与多家药企合作，首批应用将集中于罕见病治疗酶和下一代抗体药物研发。《科学》杂志配发社论指出：”T7-ORACLE标志着人类从‘观察进化’迈入‘驾驭进化’的新纪元。”

参考资料：

原始论文：Science (2023), “T7-ORACLE: A phage-based system for targeted hypermutation of proteins in vivo”
斯克里普斯研究所新闻发布会实录（2023年8月9日）
哈佛医学院合成生物学中心专家访谈记录
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