Биологи создали «параллельный генетический код» для неканонических аминокислот
Наши клетки производят белки всего из 20 аминокислот. Теперь ученые смогли заставить их создавать биополимеры из большего числа соединений. Это открывает путь к совершенно новому классу веществ
Неканонические аминокислоты могут выполнять ряд функций. Они могут работать как метки для отслеживания конкретных процессов внутри клеток. А могут помочь регулировать функцию белка, позволяя исследователям активировать и инактивировать его в определенное время и в выбранном ими месте, а затем наблюдать последствия этого изменения. Если связать воедино достаточное количество этих неканонических аминокислот, полученные белки можно будет выделить в новый класс биополимеров, которые могут выполнять функции, недоступные традиционным протеинам.
Включение неканонических аминокислот в белки требует работы с генетическим кодом, которого нет в природе. Один из вариантов — отредактировать генетический код клетки, оставив большую его часть нетронутой. В качестве альтернативы ученые используют модифицированные версии всех компонентов генетического кода: ортогональные мРНК, ортогональные рибосомы и ортогональные ферменты, которые отвечают за считывание мРНК и построение белков в рибосомах.
Ортогональность означает, что этот механизм будет работать наряду с обычной мРНК и не будет мешать ей. Он будет считывать и переводить только свои собственные ортогональные мРНК, а не нормальные клеточные. Биологи уже ранее производили эти ортогональные элементы, но до сих пор они не были эффективными. В новой работе ученые запустили несколько мутаций ортогональной мРНК, чтобы изменить восприятие этой дополнительной структуры рибосомой. В результате исследователи получили молекулы, которые клетка захватывала и внедряла в свой жизненный цикл.
После сотен циклов мутаций авторы оптимизировали три различные ортогональные мРНК, кодирующие три разных белка. Один из них содержал четыре неканонические аминокислоты. Затем лаборатория применила тот же подход для оптимизации ортогональных ферментов, и благодаря ему биологи смогли достичь 33-кратного увеличения выхода соединения. После модификации ортогональная система производила столько же белка, сколько и нормальная клеточная система. В этой работе использовались клетки E. coli, но биологи также показали работоспособность технологии для получения белков в дрожжах, клетках млекопитающих, червях и плодовых мухах.
Статья опубликована в журнале Nature Chemistry.
