Doğanın protein üretimi için belirlenmiş bir tarifi vardır.

DNA harflerinin üçlüsü amino asit adı verilen 20 moleküle dönüşür. Bu temel yapı taşları daha sonra çeşitli şekillerde bir araya gelerek tüm canlıları oluşturan baş döndürücü protein dizisine dönüşür. Proteinler vücut dokularını oluşturur, hasar gördüklerinde onları canlandırır ve vücudumuzun iç işleyişinin iyi yağlanmış bir makine gibi çalışmasını sağlayan karmaşık süreçleri yönlendirir.

Proteinlerin yapısını ve aktivitesini incelemek hastalıklara ışık tutabilir, ilaç gelişimini hızlandırabilir ve beyinde veya yaşlanmada etkili olan karmaşık biyolojik süreçleri anlamamıza yardımcı olabilir. Proteinler, örneğin iklim dostu biyoyakıtların üretiminde olduğu gibi biyolojik olmayan bağlamlarda da gerekli hale geliyor.

Ancak evrim, sadece 20 moleküler yapı taşıyla proteinlerin yapabileceklerine esasen bir sınır koyuyor. Peki ya doğanın kelime dağarcığını genişletebilseydik?

Doğada görülmeyen yeni amino asitleri tasarlayıp bunları canlı hücrelere dahil ederek egzotik proteinler daha fazlasını yapabilir. Örneğin, protein bazlı ilaçlara (immünoterapi için olanlar gibi) sentetik amino asitlerin eklenmesi, vücutta daha uzun süre dayanmaları için yapılarını biraz değiştirebilir ve daha etkilidir. Yeni proteinler aynı zamanda plastikleri veya farklı özelliklere sahip daha kolay parçalanabilen malzemeleri çiğneyen yeni kimyasal reaksiyonlara da kapı açıyor.

Ama bir sorun var. Egzotik amino asitler her zaman hücrenin mekanizmasıyla uyumlu değildir.

Yeni bir çalışma in TabiatBirleşik Krallık'ın Cambridge kentindeki Tıbbi Araştırma Konseyi Moleküler Biyoloji Laboratuvarı'ndan sentetik biyoloji uzmanı Dr. Jason Chin liderliğindeki araştırma, bu hayali biraz daha yaklaştırdı. Yeni geliştirilen bir moleküler taramayı kullanarak, bakteri hücrelerinin içindeki bir proteine ​​​​dört egzotik amino asit bulup yerleştirdiler. İnsülin ve diğer protein bazlı ilaçların seri üretimi için endüstriyel bir favori olan bakteriler, egzotik yapı taşlarını kolayca kendilerininmiş gibi kabul etti.

Yeni eklenen bileşenlerin tümü hücrenin doğal bileşenlerinden farklıdır; bu, eklemelerin hücrenin normal işlevlerine müdahale etmediği anlamına gelir.

Çalışmanın bir parçası olmayan, Irvine Kaliforniya Üniversitesi'nden Dr. Chang Liu, "Bu yeni amino asit kategorilerini proteinlere dönüştürmek büyük bir başarı" dedi. söyledi Bilim.

Sentetik Kilitlenme

Bir canlıya egzotik amino asitlerin eklenmesi bir kabustur.

Hücreyi, kendi işlevlerini yerine getiren birçok "bölgenin" bulunduğu bir şehir olarak hayal edin. Kayısı çekirdeği şeklindeki çekirdek, DNA'ya kaydedilen genetik planımızı barındırır. Çekirdeğin dışında ribozom adı verilen protein üreten fabrikalar yok olur. Bu arada RNA habercileri, genetik bilginin proteinlere dönüştürülmesi için mekik dokuyan yüksek hızlı trenler gibi ikisi arasında vızıldar.

DNA gibi RNA'nın da dört moleküler harfi vardır. Her üç harfli kombinasyon, bir amino asidi kodlayan bir “kelime” oluşturur. Ribozom her kelimeyi okur ve transfer RNA (tRNA) moleküllerini kullanarak ilgili amino asidi fabrikaya çağırır ve bunları yakalar.

tRNA molekülleri, bir tür oldukça spesifik protein “yapıştırıcısı” ile belirli amino asitleri toplamak için özel olarak tasarlanmıştır. Amino asit, ribozomun içine girdikten sonra taşıyıcı molekülünden koparılır ve karmaşık protein şekillerine kıvrılan bir amino asit dizisine dikilir.

Evrimin, protein üretimi için karmaşık bir sistem kurmuş olduğu açıktır. Sentetik bileşenlerin eklenmesinin kolay olmaması şaşırtıcı değildir.

1980'lerde, bilim adamları sentetik amino asitleri bir test tüpünün içindeki bir taşıyıcıya bağlamanın bir yolunu buldu. Daha yakın zamanlarda, onlar anonim doğal olmayan amino asitleri, normal hücre fonksiyonunu etkilemeden kendi iç fabrikalarını ele geçirerek bakteri hücrelerinin içindeki proteinlere dönüştürür.

Bakterilerin ötesinde, Chin ve meslektaşları daha önce hacklenmiş tRNA ve fare beyin hücrelerine egzotik bir protein eklemek için tRNA sentetaz adı verilen karşılık gelen "tutkal".

Hücrenin protein oluşturma mekanizmasını bozmadan yeniden yapılandırmak hassas bir denge gerektirir. Hücrenin yeni amino asitleri yakalayıp ribozoma sürükleyebilmesi için değiştirilmiş tRNA taşıyıcılarına ihtiyacı vardır. Ribozom daha sonra sentetik amino asidi kendisininmiş gibi tanımalı ve onu fonksiyonel bir proteine ​​dikmelidir. Adımlardan herhangi biri tökezlerse tasarlanmış biyolojik sistem başarısız olur.

Genetik Kodun Genişletilmesi

Yeni çalışma ilk adıma odaklandı: egzotik amino asitler için daha iyi taşıyıcılar tasarlamak.

Ekip ilk olarak "yapıştırıcı" proteinin genlerini mutasyona uğrattı ve milyonlarca potansiyel alternatif versiyon üretti. Bu varyantların her biri potansiyel olarak egzotik yapı bloklarına tutunabilir.

Alanı daraltmak için amino asitlerin taşıyıcıları olan tRNA moleküllerine yöneldiler. Her tRNA taşıyıcısı, bir olta kancası gibi mutasyona uğramış "yapıştırıcı" proteinlere bağlanan bir miktar genetik kodla etiketlendi. Bu çaba, milyonlarca potansiyel yapıdan sekiz umut verici çift buldu. Başka bir ekran, doğal olanlardan son derece farklı olanlar da dahil olmak üzere birçok türde yapay protein yapı taşını yakalayabilen bir grup "yapıştırıcı" proteine ​​odaklandı.

Ekip daha sonra bu proteinleri kodlayan genleri Escherichia coli sentetik biyoloji tariflerini test etmek için favori olan bakteri hücreleri.

Genel olarak sekiz "yapıştırıcı" protein, egzotik amino asitleri bakterinin doğal protein yapım mekanizmasına başarıyla yükledi. Sentetik yapı taşlarının çoğu, genellikle doğal ribozomlarla uyumlu olmayan garip omurga yapılarına sahipti. Ancak tasarlanmış tRNA ve "yapıştırıcı" proteinlerin yardımıyla ribozomlar, dört egzotik amino asidi yeni proteinlere dahil etti.

Ekip, makalelerinde, sonuçların yeni malzeme türlerinin yapımı için "genetik kodun kimyasal kapsamını genişlettiğini" açıkladı.

A Whole New World

Bilim insanları halihazırda yüzlerce egzotik amino asit buldu. AlphaFold veya RoseTTAFold gibi yapay zeka modelleri ve bunların çeşitlerinin daha da fazla ortaya çıkması muhtemeldir. Eşleşen taşıyıcıları ve "yapıştırıcı" proteinleri bulmak her zaman bir engel olmuştur.

Yeni çalışma, alışılmadık özelliklere sahip yeni tasarımcı proteinlerin araştırılmasını hızlandıracak bir yöntem oluşturuyor. Şimdilik yöntem yalnızca dört sentetik amino asidi içerebiliyor. Ancak bilim insanları şimdiden bunların kullanım alanlarını düşünüyorlar.

Bu egzotik amino asitlerden yapılan protein ilaçları, doğal muadillerinden farklı bir şekle sahip olup, onları vücutta çürümeye karşı korur. Bu, daha uzun süre dayandıkları anlamına gelir ve birden fazla doza olan ihtiyacı azaltır. Benzer bir sistem, proteinlere benzer şekilde ayrı ayrı bileşenlerin birbirine dikilmesine dayanan biyolojik olarak parçalanabilen plastik gibi yeni malzemeler üretebilir.

Şimdilik teknoloji, ribozomun egzotik amino asitlere karşı toleransına dayanıyor ve bu da öngörülemez. Daha sonra ekip, garip amino asitleri ve bunların taşıyıcılarını daha iyi tolere edecek şekilde ribozomun kendisini değiştirmek istiyor. Ayrıca canlı dokuların işlevini artırabilecek, tamamen sentetik amino asitlerden yapılmış protein benzeri materyaller yaratmanın yollarını arıyorlar.

"Genişletilmiş yapı taşları setini, proteinleri kodladığımız gibi kodlayabilirseniz, o zaman hücreleri, yeni ilaçlardan malzemelere kadar her şey için polimerlerin kodlanmış sentezi için canlı fabrikalara dönüştürebiliriz." şuraya Daha önceki bir röportajda Chin. "Süper heyecan verici bir alan."

Resim Kredi: Ulusal Alerji ve Enfeksiyon Hastalıkları Enstitüsü, Ulusal Sağlık Enstitüleri

• SEO Destekli İçerik ve Halkla İlişkiler Dağıtımı. Bugün Gücünüzü Artırın.
• PlatoData.Network Dikey Üretken Yapay Zeka. Kendine güç ver. Buradan Erişin.
• PlatoAiStream. Web3 Zekası. Bilgi Genişletildi. Buradan Erişin.
• PlatoESG. karbon, temiz teknoloji, Enerji, Çevre, Güneş, Atık Yönetimi. Buradan Erişin.
• PlatoSağlık. Biyoteknoloji ve Klinik Araştırmalar Zekası. Buradan Erişin.
• Kaynak: https://singularityhub.com/2024/01/23/scientists-coax-bacteria-into-making-exotic-proteins-not-found-in-nature/