خبر

  • تک بورد - مهندسی کد ژنتیکی دوم به موازات نرمال

    مهندسی کد ژنتیکی دوم به موازات نرمال
    23 روز و 9 ساعت قبل

    گویی یک تلفن Android به طور ناگهانی می تواند iOS را همزمان اجرا کند.
    همه موجودات زنده روی کره زمین از نسخه ای از کد ژنتیکی مشابه استفاده می کنند. هر سلول با استفاده از 20 اسید آمینه یکسان پروتئین می سازد. ریبوزومها ، ماشین تولید پروتئین درون سلولها ، کد ژنتیکی را از یک مولکول RNA پیام رسان می خوانند تا تعیین کنند که کدام اسید آمینه را باید در پروتئین خاصی که در حال ساختن است قرار دهند.

    این کد جهانی است ، به همین دلیل ریبوزومهای سلولهای ما می توانند قطعه ای از RNA پیام رسان ویروسی را بخوانند و از آن پروتئین ویروسی کاربردی بسازند. هر چند مقدار زیادی آمینو اسید دیگر وجود دارد. در حالی که عموماً از آنها استفاده نمی شود ، دانشمندان اینها را در پروتئین ها ترکیب کرده اند. در حال حاضر ، محققان راهی برای گسترش بسیار زیاد کد ژنتیکی پیدا کرده اند که امکان ترکیب گسترده این اسیدهای آمینه غیر زیستی را فراهم می کند. آنها این کار را با اجرای مجموعه دوم از همه چیز-پروتئین ها و RNA ها-که برای ترجمه کد ژنتیکی مورد نیاز است انجام می دهند. به آنها می توانند به عنوان برچسب عمل کنند ، بنابراین پروتئین مورد علاقه یک محقق به راحتی در سلول ها قابل ردیابی است. آنها می توانند به تنظیم عملکرد پروتئین کمک کنند و به محققان این امکان را می دهند که آن را در زمان و مکان خاصی که انتخاب می کنند فعال و غیرفعال کرده و سپس اثرات پایین دست را مشاهده کنند. اگر تعداد کافی از این اسیدهای آمینه غیر متعارف به هم چسبیده باشند ، پروتئین های بدست آمده یک کلاس کاملاً جدید از پلیمرهای زیستی را تشکیل می دهند که ممکن است عملکردهایی را انجام دهد که پروتئین های سنتی نمی توانند انجام دهند-برای تحقیقات ، درمان یا سایر اهداف.

    قرار دادن اسیدهای آمینه غیر متعارف در پروتئین ها نیاز به تغییر کد ژنتیکی دارد ، که راهی برای استفاده از آنها مشخص نمی کند. یکی از گزینه ها این است که کد ژنتیکی سلول را ویرایش کرده و قسمت اعظم آن دست نخورده باقی بماند. یک جایگزین از نسخه های اصلاح شده همه اجزای کد ژنتیکی استفاده می کند: mRNA های متعامد ، ریبوزوم های متعامد و آنزیم های متعامد که مسئول خواندن mRNA ها و ساخت پروتئین ها در ریبوزوم ها هستند. متعامد در اینجا به این معنی است که این ماشین در کنار دستگاه معمول پروتئین ساز ریبوزومی در یک سلول کار می کند اما با آن تداخلی نخواهد داشت. فقط mRNA های متعامد خود را خوانده و ترجمه می کند ، نه سلولهای معمولی.

    تبلیغات

    این اجزای متعامد غیر ضروری هستند ، بنابراین برای عملکرد سلول ضروری نیستند. بنابراین می توان آنها را به گونه ای مهندسی و تنظیم کرد و به هر نحوی که دانشمندان بتوانند رویای خود را داشته باشند دستکاری شوند. از آنها می توان برای ساخت پلیمرهای جدید و روشن ساختن مکانیسم های دخیل در تولید پروتئین سلولی طبیعی استفاده کرد. این کاری است که ما نمی توانیم با اجزای معمولی سلولی انجام دهیم ، زیرا سلول را از بین می برد. CCSB) در کمبریج ، انگلستان ، همه این اجزای متعامد را ساخته است. اما آنها بسیار کارآمد نیستند. او در مقاله ای که این هفته در Nature Chemistry منتشر شد ، نحوه رفع این مشکل را توضیح می دهد: با استفاده از الگوریتم های محاسباتی به طور خودکار طراحی و بهینه سازی می کند که کدام mRNA های متعامد بهتر توسط ریبوزوم های متعامد ترجمه می شوند. او نه تنها عملکرد پروتئین را به طرز چشمگیری بهبود بخشید ، بلکه این اطمینان را به وجود آورد که ریبوزوم های متعامد حتی در صورت وجود ریبوزوم های معمولی نیز به طور مثر کار می کنند.

    "درک ما از عوامل تعیین کننده عملکرد پروتئین برای ترجمه طبیعی ناقص است ... فقط نیمی از واریانس عملکرد پروتئین مشاهده شده را می توان با پارامترهای شناخته شده توضیح داد. " با این وجود ، آزمایشگاه وی می دانست که مرحله شروع ، هنگامی که ریبوزوم RNA پیام رسان را می گیرد ، یک مرحله کلیدی است. آنها همچنین می دانستند که ساختار mRNA مهم است. بنابراین آنها جهش mRNA متعامد خود را آغاز کردند تا این دو جنبه را تغییر دهند و برای جهش یافته هایی که ریبوزوم های متعامد را به خوبی اما ریبوزوم های معمولی را کمتر خوب متصل می کردند ، انتخاب شدند. پس از صدها دور جهش ، آنها سه mRNA های مختلف متعامد را بهینه سازی کردند و سه پروتئین مختلف را رمزگذاری کردند. یکی از آنها شامل چهار آمینو اسید غیر متعارف بود. سیستم متعامد اکنون به اندازه سیستم سلولی عادی پروتئین ساخته شده است. سلولهای مورد استفاده در این کار E. coli بودند ، اما دکتر چین از یک سیستم متعامد برای ساخت پروتئینهای غیر متعارف در مخمر ، سلولهای پستانداران ، کرمها و مگسهای میوه استفاده کرده است.

    "ما پیش بینی می کنیم که او و همکارانش می نویسند که فرصت های ناشی از رویکردهای ترکیب چندین آمینو اسید غیر متعارف متمایز افزایش می یابد. این الگوریتم هایی که آنها برای طراحی mRNA های متعامد ترجمه شده به طور موثر توسعه داده اند ، مطمئناً باید به آنها در حرکت به سمت این هدف کمک کند.

    Nature Chemistry، 2021. DOI: 10.1038/s41557-021-00764-5





خبرهای دیگر از علوم پایه