氨基酸是组成蛋白质的基本单位，是生物系统正常工作所必需的。在所有生命系统中，构成蛋白质的标准氨基酸有 20 种，自然界中发现的其他氨基酸有 500 多种，还有大量人造氨基酸。其中一些氨基酸的替代可以帮助开发新型药物和疗法。
在近日发表于 Nature Chemical Biology 杂志的一项研究中，来自特拉华大学（University of Delaware）工程学院化学与生物分子工程系的研究团队通过对大肠杆菌进行工程改造，使其能够合成一种非天然氨基酸，该氨基酸含有一种稀有官能团，此前已有研究证明这种氨基酸可以影响人体免疫系统的调节。研究人员还使单一细菌菌株产生这种氨基酸并将其放置在目标蛋白质的特定位点。这些发现为未来开发独特的疫苗和免疫疗法奠定了基础。
（来源：Nature Chemical Biology）
该研究团队利用合成生物学和基因工程的工具，创造出能够合成不同类型的化合物和分子的微生物，特别是具有自然界中较少发现的功能团或特性的化合物。
在这项研究中，研究人员专注于对硝基-L-苯丙氨酸（pN-Phe），这是一种非天然氨基酸，既不是 20 种标准氨基酸之一，也没有在自然界观察到过。
（来源：Nature Chemical Biology）
研究人员表示："硝基官能团具有宝贵的特性，而那些试图重塑新陈代谢的人们对它的探索还不够充分。"
此前关于 pN-Phe 的研究显示，它可以被添加到小鼠的蛋白质上，再输送回小鼠体内，免疫系统将不再耐受该蛋白质的原始版本。这种能力有望用于治疗或预防由免疫系统难以锁定的流氓蛋白质引起的疾病。
遗传密码扩展方法使研究人员能够增加由 DNA 编码的可用氨基酸的 "字母表"。通过将代谢工程技术与遗传密码扩展相结合，研究人员能够创建一个自主生产硝化蛋白质的系统。
研究人员表示：“由于硝基官能团的化学性质，我们为这个项目挑选的目标氨基酸是非常规的，领域内的许多科学家可能没有预料到它可以通过生物合成来制造。”
接下来，研究人员将进一步优化研究方法，以合成更多的硝化蛋白质，并将这项工作扩展到其他微生物。长期目标是进一步完善这一与疫苗或免疫疗法相关的应用平台。
为了进一步支持这一长期目标，文章的通讯作者 Aditya Kunjapur 和博士生、本文第一作者 Neil Butler 共同创立了 Nitro Biosciences 公司。
（来源：Nitro Biosciences 官网）
“硝基功能在生物学中很少见，在标准的 20 种氨基酸中也不存在，但我们表明细菌的代谢具有足够的可塑性，它可以被重塑以创造和整合这种功能。"Neil Butler 说道。
Aditya Kunjapur 补充说："细菌是潜在的药物递送工具，我认为这项研究已经创造了一种工具，可以利用细菌在体内产生目标抗原的能力。"
总体而言，这项研究为硝化蛋白的分布式和自主生产创建了一个基础技术平台。
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