Подписаться на новости
  • Сенатор
  • ООО "Ай Вао"
  • Biohacking
  • Био/​мол/​текст
  • Vitacoin

Инструкцию для синтеза неземных белков написали словами из четырех букв

На протяжении многих лет ученые пытались разработать систему, которая позволила бы встраивать в последовательности белков так называемые искусственные (структурно-модифицированные) аминокислоты, отличающиеся от естественных аналогов по физико-химическим и биологическим свойствам. Изменив генетический код и научившись вводить в белки искусственные аминокислоты, ученые смогли бы лучше понять суть естественных клеточных процессов, а также разработать на основе природных биологических систем искусственные, которые обладали бы принципиально новыми свойствами.

Ранее ученым удалось добиться определенных успехов в этом направлении. Как известно, единицей генетического кода является последовательность трех нуклеотидов – триплет или кодон, кодирующий определенную аминокислоту. Поскольку существует всего 4 различных нуклеотида: аденин (А), тимин (Т) (в РНК ему соответствует урацил, U), цитозин (C) и гуанин (G), возможных комбинаций триплетов может быть 43 = 64. Однако природных аминокислот всего 22, а вариантов триплетов – 64. Это явление объясняется так называемой вырожденностью генетического кода – одна аминокислота может кодироваться 4 вариантами триплетов, различающимися последним нуклеотидом (например, валин может кодироваться GUU, GUC, GUA и GUG). Сигналом остановки синтеза полипептидной цепи для рибосом служат 3 стоп-кодона: UAA (охра-), UAG (амбер-) или UGA (опал-кодон). Ученые научились встраивать искусственные неприродные (модифицированные) аминокислоты в естественную белковую цепь с помощью амбер-кодона: они изменили тРНК, соответствующую амбер-кодону, и создали несколько таких тРНК, соединенных с различными модифицированными аминокислотами, что позволило природным рибосомам встраивать в естественные полипептидные цепи искусственные аминокислоты. Одного такого кодона явно недостаточно для синтеза полностью неприродного белка. Для этого необходимо создать универсальную систему кодирования и встраивания неприродных аминокислот в полипептидную цепь.

Группа ученых, работающих под руководством специалиста по синтетической биологии Джейсона Чина (Jason Chin) из Кембриджского университета (Великобритания), разработали систему, способную узнавать кодоны не из трех, а из четырех нуклеотидов. Такая система позволит генетически кодировать до 256 (44) различных модифицированных аминокислот.

Природные рибосомы, транслирующие триплеты в одну из 22 аминокислот, не способны узнавать квадруплеты. А изменение природных рибосом таким образом, чтобы они смогли считывать квадруплеты и встраивать в белковые цепи неприродные аминокислоты, привело бы к  нарушению физиологических клеточных процессов, и возможно, к гибели клетки.

Исследователи решили эту проблему следующим образом: они разработали новую рибосому, так называемую ортогональную рибосому, изменив ее участок, ответственный за узнавание последовательности мРНК, а также разработали специальную мРНК, содержащую последовательность, соответствующую участку узнавания в ортогональной рибосоме. Такой подход позволяет ортогональной рибосоме специфично узнавать и транслировать модифицированную мРНК в клетке, не затрагивая клеточные мРНК и природные рибосомы.

Ученые продемонстрировали возможность одновременного и независимого функционирования мутантной ортогональной и природной рибосом в живых клетках: они ввели ортогональные рибосомы и конструкцию, кодирующую в квадруплексной форме ген устойчивости к антибиотику, в бактериальные клетки и выращивали эти клетки в среде, содержащей кодируемый в 4-нуклеотидных кодонах антибиотик. Клетки, содержащие ортогональные рибосомы, которые успешно справились с задачей узнавания и синтеза белка по квадруплексным кодонам, выжили даже в условиях высоких концентраций антибиотика, посокльку содержали новосинтезированные белки, утилизирующие этот антибиотик.

Ортогональные рибосомы способны также транслировать и триплеты, но предпочтение отдается квадруплетам. По этой причине ортогональные рибосомы способны встраивать естественные и модифицированные аминокислоты, кодируемые амбер-кодоном, в растущие полипептидные цепи.

Владея методикой трансляции квадруплетных кодонов, ученые могут синтезировать белки, содержащие несколько модифицированных аминокислот. Группе Чина удалось синтезировать с помощью ортогональной рибосомы белок, содержащий 2 модифицированных аминокислоты, одна из которых была закодирована амбер-кодоном, а другая – квадруплетом.

Демонстрация возможности трансляции в живых клетках квадруплетов в белки, содержащие искусственные аминокислоты, открывают новую эру в синтетичесой биологии.

Статья Heinz Neumann, Adrian L. Slusarczyk and Jason W. Chin «De Novo Generation of Mutually Orthogonal Aminoacyl-tRNA Synthetase/tRNA Pairs», посвященная разработке способа узнавания кодона и сопоставления ему модифицированной аминокислоты, опубликована в Journal of American Chemical Society 1 февраля этого года.

Дарья Червякова
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru по материалам The Scientist: Genetic coding revamp

17.02.2010

Читать статьи по темам:

биомолекулы синтетическая биология Версия для печати
Ошибка в тексте?
Выдели ее и нажми ctrl + enter
назад

Читать также:

Биотехнология: магистральные пути развития

Бурное развитие современных биотехнологий идет сразу по нескольким ключевым направлениям, в каждом из которых уже достигнуты многообещающие результаты.

читать

Инновации в области наук о живом-2009: № 3

Клетки с модифицированными генами двух белков под действием направленных пучков света изменяли форму, как перчаточные марионетки.

читать

Молодые клетки отсылают грязное белье мамам

При делении клеток все морально и физически устаревшие белковые молекулы перемещаются из дочерней клетки в материнскую. В результате молодая клетка оказывается полностью свободной от ассоциированных с возрастом повреждений.

читать

Здоровые прионы защищают оболочки нервных волокон

Когда миелиновые оболочки нервных волокон изнашиваются, запускается ферментная система, разрушающая прионный белок. Его фрагменты поступают в шванновские клетки, давая им сигнал приступить к восстановлению миелина.

читать

Правильный фолдинг белков защитит нейроны

Вещество, активирующее регулятор синтеза белков-шаперонов, способствующих правильному фолдингу (сворачиванию аминокислотных цепочек), предотвращает дегенерацию нейронов.

читать

TGF-α спасет от последствий инсульта?

Через месяц после инсульта (этот период соответствует одному году жизни человека) в мозг группы крыс был введен TGF-α. Еще через месяц исследователи отметили практически полное восстановление двигательных функций.

читать