U.S. Il progetto dell'esercito può piombo a nuova classe di materiali e di terapeutica autorigeneranti per i soldati

I biologi sintetici che lavorano ad un progetto dell'esercito di Stati Uniti hanno sviluppato un trattamento che potrebbe piombo ad una nuova classe di polimeri sintetici che possono creare i nuovi materiali e terapeutica ad alto rendimento per i soldati.

Le comunicazioni della natura hanno pubblicato la ricerca condotta ai dai ricercatori fondati a esercito alla Northwestern University, che ha sviluppato un insieme delle norme di progettazione per guidare come ribosomi, una struttura della cellula che fa la proteina, possono comprendere i nuovi generi di monomeri, che possono essere saldati con le molecole identiche ai polimeri del modulo.

Questi risultati sono un passo avanti emozionante a raggiungere i polimeri sintetici sequenza-definiti, che è stato una grande sfida nel campo di chimica del polimero. La capacità di sfruttare ed adattare il macchinario cellulare per produrre i polimeri non biologici, in pratica, introdurrebbe i materiali sintetici nel regno delle funzioni biologiche. Ciò ha potuto rendere i materiali avanzati e ad alto rendimento quale il nanoelectronics, i materiali autorigeneranti ed altri materiali di interesse per l'esercito.„

Dott. Dawanne Poree, program manager, chimica del polimero all'ufficio di ricerca dell'esercito

I polimeri biologici quale DNA, hanno sequenze di particella elementare precise che prevedono varie funzioni avanzate quali memorizzazione dei dati e la auto-replica. Questo progetto ha esaminato come il macchinario biologico dell'ri-ingegnere permettere che lavori con le particelle elementari non biologiche che avrebbero offerto un itinerario a creare i polimeri sintetici con la precisione di biologia.

“Questi nuovi polimeri sintetici possono permettere allo sviluppo dell'attrezzo protettivo personale avanzato, l'elettronica specializzata, le pile a combustibile, pile solari avanzate e la nanofabbricazione, che sono tutto il tasto alla protezione e la prestazione dei soldati,„ Poree ha detto.

“Abbiamo precisato per ampliare l'intervallo dei monomeri ribosomiali affinchè la sintesi delle proteine permettiamo alle nuove direzioni nel biomanufacturing,„ ha detto Michael Jewett, il professore di Charles Deering McCormick di eccellenza d'istruzione, professore di assistenza tecnica chimica e biologica e Direttore del centro per biologia sintetica al banco nordoccidentale di McCormick di assistenza tecnica. “Che cosa è così emozionante è che abbiamo imparato che il ribosoma può accomodare più generi di monomeri che noi ha preveduto, che colloca la fase per mezzo del ribosoma come commputer generale per creare le classi di materiali e di medicine che non sono stati sintetizzati prima.„

La produzione recombinante della proteina dal ribosoma ha trasformato le durate di milioni di persone con la sintesi dei biopharmaceuticals, come insulina e gli enzimi industriali che sono utilizzati nei detersivi di lavanderia. In natura, tuttavia, il ribosoma incorpora soltanto i monomeri naturali dell'amminoacido nei polimeri della proteina.

Per ampliare il repertorio dei monomeri usati dal ribosoma, il gruppo di Jewett ha precisato per identificare le norme di progettazione per il collegamento dei monomeri per trasferire l'acido ribonucleico, conosciute come i tRNAs. Quello è perché convincere il ribosoma per usare un nuovo monomero non è semplice quanto presentando un nuovo monomero al ribosoma. I monomeri devono essere fissati ai tRNAs, che sono le molecole che li portano nel ribosoma. Molti procedimenti correnti per fissare i monomeri ai tRNAs sono difficili e che richiede tempo, ma un flexizyme chiamato nuovo processo permette relativamente al collegamento più facile e più flessibile dei monomeri.

Per sviluppare le norme di progettazione per usando il flexizyme, i ricercatori hanno creato 37 monomeri che erano nuovi al ribosoma da un diverso repertorio delle impalcature. Poi, hanno indicato che i monomeri che potrebbero essere fissati ai tRNAs potrebbero essere usati per fare i dieci di nuovi ibridi del peptide. Per concludere, hanno convalidato le loro norme di progettazione prevedibile guidando la ricerca di monomeri ancor più nuovi.

“Con la nuova progettazione regola, noi indicano che possiamo evitare gli approcci di prova-e-errore che sono stati associati storicamente con sviluppare i nuovi monomeri ad uso del ribosoma,„ Jewett abbiamo detto.

Queste nuove norme di progettazione dovrebbero accelerare il passo in cui i ricercatori possono incorporare i nuovi monomeri, che infine piombo ai nuovi bioproducts sintetizzati dal ribosoma. Per esempio, i materiali fatti dei monomeri proteasi-resistenti potrebbero piombo alle droghe antimicrobiche che combattono la resistenza a antibiotici aumentante.

La ricerca fa parte del dipartimento del programma pluridisciplinare di iniziative della ricerca universitaria della difesa, di supporto da ARO, in cui Jewett sta funzionando con i ricercatori altre da tre università per reengineer il ribosoma come catalizzatore biologico per preparare i polimeri chimici novelli. ARO è un elemento del laboratorio di ricerca militare di Stati Uniti dell'esercito di combattimento delle capacità del comando dello sviluppo.

“È che il ribosoma può accomodare la larghezza dei monomeri che abbiamo mostrato,„ Jewett stupefacente ha detto. “Che è realmente incoraggiante per gli sforzi futuri ai ribosomi del repurpose.„

I ricercatori all'università del Texas ad Austin stanno lavorando ad una simile tecnologia per sviluppare l'aderenza ed i materiali adattabili e rispondenti come componente di un accordo cooperativo con i futures dell'esercito e di ARL ordinano.

Source:
Journal reference:

Lee, J., et al. (2019) Expanding the limits of the second genetic code with ribozymes. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-019-12916-w.