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U.S. O projecto do exército pode conduzir à classe nova de materiais auto-curas e de terapêutica para soldados

Os biólogos sintéticos que trabalham em um projecto do exército de E.U. desenvolveram um processo que poderia conduzir a uma classe nova de polímeros sintéticos que podem criar materiais e a terapêutica de capacidade elevada novos para soldados.

As comunicações da natureza publicaram a pesquisa conduzida por pesquisadores Exército-financiados na Universidade Northwestern, que desenvolveu um grupo de regras do projecto para guiar como os ribosomes, uma estrutura de pilha que fizesse a proteína, podem incorporar tipos novos dos monómeros, que podem ser ligados com as moléculas idênticas aos polímeros do formulário.

Estes resultados são uma etapa emocionante para a frente a conseguir polímeros sintéticos seqüência-definidos, que foi um desafio grande no campo da química do polímero. A capacidade para aproveitar e adaptar a maquinaria celular para produzir polímeros não-biológicos, essencialmente, traria materiais sintéticos no reino de funções biológicas. Isto podia render materiais avançados, de capacidade elevada tais como o nanoelectronics, materiais auto-curas, e outros materiais do interesse para o exército.”

Dr. Dawanne Poree, gestor de programa, química do polímero no escritório da pesquisa do exército

Os polímeros biológicos tais como o ADN, têm as seqüências de bloco de apartamentos precisas que prevêem uma variedade de funções avançadas tais como o armazenamento e a auto-réplica de informação. Este projecto olhou como a maquinaria biológica do re-coordenador permitir que trabalhe com blocos de apartamentos não-biológicos que ofereceriam uma rota a criar polímeros sintéticos com a precisão da biologia.

“Estes polímeros sintéticos novos podem permitir a revelação de engrenagem protectora pessoal avançada, eletrônica sofisticada, células combustíveis, células solares avançadas e a nanofabricação, que são toda a chave à protecção e desempenho dos soldados,” Poree disse.

“Nós expor para expandir a escala de monómeros ribosomal para que a síntese da proteína permita sentidos novos no biomanufacturing,” disse Michael Jewett, professor de Charles Deering McCormick da excelência de ensino, professor da engenharia química e biológica, e director do centro para a biologia sintética na escola do noroeste de McCormick da engenharia. “O que é tão emocionante é que nós aprendemos que o ribosome pode acomodar mais tipos dos monómeros do que nós esperou, que ajusta a fase para usar o ribosome como uma máquina geral para criar classes de materiais e de medicinas que não têm sido sintetizados antes.”

A produção de recombinação da proteína pelo ribosome transformou as vidas de milhões de povos com a síntese dos biopharmaceuticals, como a insulina, e as enzimas industriais que são usadas nos detergente para a roupa. Na natureza, contudo, o ribosome incorpora somente monómeros naturais do ácido aminado em polímeros da proteína.

Para expandir o repertório dos monómeros usados pelo ribosome, a equipe de Jewett exps para identificar as regras do projecto para ligar monómeros para transferir o ácido ribonucléico, conhecidas como tRNAs. Isso é porque conseguir o ribosome usar um monómero novo não é tão simples quanto introduzindo um monómero novo ao ribosome. Os monómeros devem ser anexados aos tRNAs, que são as moléculas que os levam no ribosome. Muitos processos actuais para anexar monómeros aos tRNAs são difíceis e demorados, mas um processo relativamente novo chamado flexizyme permite um acessório mais fácil e mais flexível dos monómeros.

Para desenvolver as regras do projecto para usar o flexizyme, os pesquisadores criaram 37 monómeros que eram novos ao ribosome de um repertório diverso dos andaimes. Então, mostraram que os monómeros que poderiam ser anexados aos tRNAs poderiam ser usados para fazer dez de híbrido novos do peptide. Finalmente, validaram suas regras do projecto predizìvel guiando a busca para monómeros ainda mais novos.

“Com o projecto novo ordena, nós mostram que nós podemos evitar as aproximações da tentativa e erro que foram associadas historicamente com desenvolver monómeros novos para o uso do ribosome,” Jewett dissemos.

Estas regras novas do projecto devem acelerar o ritmo em que os pesquisadores podem incorporar os monómeros novos, que finalmente conduzirão aos bioproducts novos sintetizados pelo ribosome. Por exemplo, os materiais feitos de monómeros protease-resistentes poderiam conduzir às drogas antimicrobiais que combatem a resistência antibiótica de aumentação.

A pesquisa é parte do departamento do programa multidisciplinar das iniciativas da pesquisa da universidade de defesa, apoiado por ARO, em que Jewett está trabalhando com os pesquisadores outras de três universidades para reengineer o ribosome como um catalizador biológico para fazer polímeros químicos novos. ARO é um elemento do laboratório de investigação do exército do comando da revelação das capacidades do combate do exército de E.U.

“É que o ribosome pode acomodar a largura dos monómeros que nós mostramos,” Jewett surpreendente disse. “Que é realmente encorajador para os esforços futuros aos ribosomes do repurpose.”

Os pesquisadores na Universidade do Texas em Austin estão trabalhando em uma tecnologia similar para desenvolver a adesão e os materiais adaptáveis e responsivos como parte de um acordo cooperativo com ARL e futuros do exército comandam.

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.