- 29,475
- 46
- 8 Ноя 2022
Гарвардские учёные создали «конвейер» для белков будущего — быстрее и без риска для клетки.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/675;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Ученые из Гарвардской медицинской школы нашли способ создавать белки с гораздо более широким набором строительных компонентов без переписывания генома живых клеток. Разработанная система AGENTEX позволяет использовать до 34 аминокислот вместо 20, встречающихся в природных белках, и проводить синтез в пробирке. Авторы рассчитывают, что технология ускорит разработку новых лекарств, материалов и других молекул с заданными свойствами. Результаты исследования опубликованы 26 августа в журнале Nature.
Биологи больше 20 лет пытаются заставить клеточные системы производить белки, которых не существует в природе. Основным способом долгое время оставалось изменение генома бактерий, включая кишечную палочку E. coli. Работа требовала значительных усилий: лаборатория генетика Джорджа Черча после девяти лет исследований в 2013 году освободила один кодон E. coli для включения новой аминокислоты, а получение второго свободного кодона заняло еще 10 лет. Подобные методы позволили создавать белки максимум из 22 разных аминокислот, но вмешательство в геном способно нарушать нормальную работу клетки и требует мер биологической изоляции модифицированных организмов.
AGENTEX переносит основную работу из живой клетки в бесклеточную систему. Исследователи проектируют транспортные РНК, или тРНК, и подходящие для них рибосомы, а затем помещают компоненты в лизат, содержащий клеточный аппарат, но не живые клетки. Такая схема позволяет отделить искусственную систему синтеза белков от природной и одновременно назначить 34 кодона для работы с выбранными аминокислотами. В результате исследователи получают возможность собирать белки, содержащие до 34 разных аминокислот, не изменяя природную ДНК организма.
Ключ к созданию AGENTEX появился после неожиданного открытия, касающегося транспортных РНК. тРНК доставляют аминокислоты к рибосомам во время сборки белка. На конце природных тРНК находится последовательность CCA. Биологи десятилетиями считали CCA практически обязательным элементом: другая последовательность должна была мешать загрузке аминокислоты на тРНК и дальнейшей работе молекулы в системе синтеза белка.
Эксперименты группы показали более гибкое поведение механизма. Некоторые тРНК с измененным окончанием по-прежнему способны получать аминокислоту. Созданный исследователями инструмент tSCAN перебрал различные варианты и обнаружил работоспособные последовательности, включая CGA. Находка позволила построить отдельный молекулярный канал: искусственные тРНК с нестандартным окончанием не взаимодействуют с обычными рибосомами, зато специально сконструированные рибосомы можно настроить именно на работу с подобными молекулами.
Исследователь получает возможность назначить искусственной тРНК природную или новую аминокислоту, подобрать совместимую рибосому и запустить отдельную систему сборки белка рядом с естественным клеточным аппаратом. AGENTEX автоматизирует весь процесс, от проектирования тРНК до проверки наиболее эффективных вариантов и создания подходящих рибосом. Программное обеспечение команды распространяется бесплатно и может работать с открытой роботизированной платформой Opentrons.
На первом этапе AGENTEX создает варианты тРНК с разными окончаниями и проверяет способность молекул работать с одной из 34 аминокислот. Система проводит массовое тестирование в клеточных лизатах и определяет наиболее успешные комбинации. Затем AGENTEX проектирует подходящие рибосомы и запускает синтез новых белков в бесклеточной среде. Подход позволяет параллельно создавать, испытывать и отбирать тысячи молекулярных вариантов без многолетнего переписывания генома живых клеток.
Авторы рассматривают AGENTEX прежде всего как платформу для белковой инженерии. Расширенный набор аминокислот может дать разработчикам новые химические свойства, недоступные обычным белкам, а возможные области применения включают создание лекарственных молекул, новых материалов, продуктов для сельского хозяйства и других биотехнологических решений. Команда также планирует подключить искусственный интеллект для оптимизации проектирования белков. Отдельный инструмент tSCAN может помочь исследовать изменения тРНК, включая мутации, связанные с диабетом и потерей слуха.
<div class="articl-text-cover" style="position:relative;width:100%;max-width:800px;margin-left:auto;margin-right:auto;aspect-ratio:1200/675;margin-bottom:2rem;overflow:hidden">
<div itemprop="articleBody">Ученые из Гарвардской медицинской школы нашли способ создавать белки с гораздо более широким набором строительных компонентов без переписывания генома живых клеток. Разработанная система AGENTEX позволяет использовать до 34 аминокислот вместо 20, встречающихся в природных белках, и проводить синтез в пробирке. Авторы рассчитывают, что технология ускорит разработку новых лекарств, материалов и других молекул с заданными свойствами. Результаты исследования опубликованы 26 августа в журнале Nature.
Биологи больше 20 лет пытаются заставить клеточные системы производить белки, которых не существует в природе. Основным способом долгое время оставалось изменение генома бактерий, включая кишечную палочку E. coli. Работа требовала значительных усилий: лаборатория генетика Джорджа Черча после девяти лет исследований в 2013 году освободила один кодон E. coli для включения новой аминокислоты, а получение второго свободного кодона заняло еще 10 лет. Подобные методы позволили создавать белки максимум из 22 разных аминокислот, но вмешательство в геном способно нарушать нормальную работу клетки и требует мер биологической изоляции модифицированных организмов.
AGENTEX переносит основную работу из живой клетки в бесклеточную систему. Исследователи проектируют транспортные РНК, или тРНК, и подходящие для них рибосомы, а затем помещают компоненты в лизат, содержащий клеточный аппарат, но не живые клетки. Такая схема позволяет отделить искусственную систему синтеза белков от природной и одновременно назначить 34 кодона для работы с выбранными аминокислотами. В результате исследователи получают возможность собирать белки, содержащие до 34 разных аминокислот, не изменяя природную ДНК организма.
Ключ к созданию AGENTEX появился после неожиданного открытия, касающегося транспортных РНК. тРНК доставляют аминокислоты к рибосомам во время сборки белка. На конце природных тРНК находится последовательность CCA. Биологи десятилетиями считали CCA практически обязательным элементом: другая последовательность должна была мешать загрузке аминокислоты на тРНК и дальнейшей работе молекулы в системе синтеза белка.
Эксперименты группы показали более гибкое поведение механизма. Некоторые тРНК с измененным окончанием по-прежнему способны получать аминокислоту. Созданный исследователями инструмент tSCAN перебрал различные варианты и обнаружил работоспособные последовательности, включая CGA. Находка позволила построить отдельный молекулярный канал: искусственные тРНК с нестандартным окончанием не взаимодействуют с обычными рибосомами, зато специально сконструированные рибосомы можно настроить именно на работу с подобными молекулами.
Исследователь получает возможность назначить искусственной тРНК природную или новую аминокислоту, подобрать совместимую рибосому и запустить отдельную систему сборки белка рядом с естественным клеточным аппаратом. AGENTEX автоматизирует весь процесс, от проектирования тРНК до проверки наиболее эффективных вариантов и создания подходящих рибосом. Программное обеспечение команды распространяется бесплатно и может работать с открытой роботизированной платформой Opentrons.
На первом этапе AGENTEX создает варианты тРНК с разными окончаниями и проверяет способность молекул работать с одной из 34 аминокислот. Система проводит массовое тестирование в клеточных лизатах и определяет наиболее успешные комбинации. Затем AGENTEX проектирует подходящие рибосомы и запускает синтез новых белков в бесклеточной среде. Подход позволяет параллельно создавать, испытывать и отбирать тысячи молекулярных вариантов без многолетнего переписывания генома живых клеток.
Авторы рассматривают AGENTEX прежде всего как платформу для белковой инженерии. Расширенный набор аминокислот может дать разработчикам новые химические свойства, недоступные обычным белкам, а возможные области применения включают создание лекарственных молекул, новых материалов, продуктов для сельского хозяйства и других биотехнологических решений. Команда также планирует подключить искусственный интеллект для оптимизации проектирования белков. Отдельный инструмент tSCAN может помочь исследовать изменения тРНК, включая мутации, связанные с диабетом и потерей слуха.
- Источник новости
- www.securitylab.ru
