Белки - молекулярные машины, которые управляют процессами, лежащими в основе биологии, - состоят всего из 20 канонических строительных блоков, называемых аминокислотами. В течение почти двух десятилетий ученые искали методы создания новых аминокислот для построения белков.
Команда химиков из Бостонского колледжа разработала технологию точного включения ряда полезных неканонических аминокислот в белки, вырабатываемые эукариотами, широким классом высших организмов, включая людей, сообщается в журнале Cell. Химическая биология.
Примерно 15 лет назад ученые впервые увидели потенциал созданного бактериями генетического механизма, известного как пара аминоацил-тРНК-синтетаза/тРНК, для включения неканонических аминокислот в белки, продуцируемые в эукариотических клетках. Но этот метод столкнулся с рядом технических ограничений, которые ограничивали его широкое распространение.
По словам доцента кафедры химии Абхишека Чаттерджи, команда Бостонского колледжа преодолела многие из этих ограничений, разработав новый штамм бактерий E. coli, который позволяет легко сконструировать полученную из бактерий пару аминоацил-тРНК-синтетаза/тРНК. кто руководил проектом. Этот новый подход позволил включить различные неканонические аминокислоты, включая п-боронофенилаланин, в белки, продуцируемые в клетках человека, а также в сконструированном штамме E. coli.
Чаттерджи сказал, что команда была удивлена возможностями нового подхода, который описан в новом отчете «Воскрешение пары бактериальная тирозил-тРНК-синтетаза/тРНК для расширения генетического кода как E. coli, так и эукариот»."
«Создание этого нового штамма E. coli потребовало замены его нативной пары аминоацил-тРНК-синтетазы/тРНК аналогом из другого организма, что, как мы предполагали, будет очень трудным», - сказал он. «Но это оказалось вполне осуществимым. Это открывает всю эту технологию».
Чаттерджи сказал, что команда стремилась создать новый метод разработки и мониторинга функций белков, чтобы расширить научное понимание процессов, которые управляют функциями белков в наших клетках.
«В геноме закодированы тысячи белков, которые делают нас теми, кто мы есть, но мы очень мало знаем об этом процессе», - сказал Чаттерджи. «В клетках человека насчитывается около 20 000 генов, кодирующих белки. Что они делают и как они это делают, по-прежнему трудно изучить. Одна из основных проблем заключается в том, что если вы хотите знать, что они делают, у вас есть чтобы шпионить за ними. Вы должны прикрепить зонд, который может сообщить о том, что происходит."
Введение таких зондов оказалось трудным, так как этот процесс часто повреждает целевой белок.
В любой клетке белки состоят из 20 аминокислот - фиксированной группы, которая регулируется генетическими инструкциями.
«Идея состоит в том, что мы можем ввести в белки новый строительный блок, которого нет в природе - помимо 20 канонических аминокислот, которые использует природа», - сказал Чаттерджи. «Если мы сможем это сделать, у нас появится возможность очень специфично ввести широкий спектр неприродных функций в любой участок практически любого белка».
Непосредственной выгодой будет помощь исследователям, которые все еще разгадывают тайны клеточной биологии и функции белков.
«Вы можете создать белок с неканонической аминокислотой в любом выбранном месте, загрузить его очень маленькими зондами и выдать оптический сигнал, который сообщает, куда он направляется», - сказал Чаттерджи.«Это может позволить вам манипулировать тем, как работает белок. Вы можете ввести ограничения, поэтому, что бы ни делал белок, он больше не может делать. И вы можете удалить зонд, используя внешний сигнал, такой как свет. Эта технология открывает множество новых способов, с помощью которых можно начать исследовать и конструировать функцию белка, что в противном случае было бы очень сложной задачей».