Біологи створили «паралельний генетичний код» для неканонічних амінокислот

Дослідники знайшли спосіб значно розширити генетичний код - вони впровадили в клітку ще одну мРНК, яка працює з небіогенними амінокислотами і може створювати спроектовані вченими білки.

Наші клітини виробляють білки всього з 20 амінокислот. Тепер вчені змогли змусити їх створювати біополімери з більшого числа з'єднань. Це відкриває шлях до абсолютно нового класу речовин

Неканонічні амінокислоти можуть виконувати ряд функцій, вони можуть працювати як мітки для відстеження конкретних процесів всередині клітин. А можуть допомогти регулювати функцію білка, дозволяючи дослідникам активувати та інактивувати його в певний час і в обраному ними місці, а потім спостерігати наслідки цієї зміни. Якщо зв'язати воєдино достатню кількість цих неканонічних амінокислот, отримані білки можна буде виділити в новий клас біополімерів, які можуть виконувати функції, недоступні традиційним протеїнам.

Включення неканонічних амінокислот у білки вимагає роботи з генетичним кодом, якого немає в природі. Один з варіантів - відредагувати генетичний код клітини, залишивши більшу його частину недоторканою. Як альтернативу вчені використовують модифіковані версії всіх компонентів генетичного коду: ортогональні мРНК, ортогональні рибосоми та ортогональні ферменти, які відповідають за зчитування мРНК і побудову білків у рибосомах.

Ортогональність означає, що цей механізм буде працювати поряд зі звичайною мРНК і не буде заважати ей.Він буде зчитувати і переводити тільки свої власні ортогональні мРНК, а не нормальні клітинні. Біологи вже раніше виробляли ці ортогональні елементи, але досі вони не були ефективними. У новій роботі вчені запустили кілька мутацій ортогональної мРНК, щоб змінити сприйняття цієї додаткової структури рибосомою. В результаті дослідники отримали молекули, які клітина захоплювала і впроваджувала в свій життєвий цикл.

Після сотень циклів мутацій автори оптимізували три різні ортогональні мРНК, які кодують три різні білки. Один з них містив чотири неканонічні амінокислоти. Потім лабораторія застосувала той же підхід для оптимізації ортогональних ферментів, і завдяки йому біологи змогли досягти 33-кратного збільшення виходу з'єднання, Після модифікації ортогональна система виробляла стільки ж білка, скільки і нормальна клітинна система. У цій роботі використовувалися клітини E. coli, але біологи також показали працездатність технології для отримання білків у дріжджах, клітинах ссавців, хробаках і плодових мухах.

Стаття опублікована в журналі Nature Chemistry.