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U.S. El proyecto del ejército puede llevar a la nueva clase de materiales y de la terapéutica autoregenerables para los soldados

Los biólogos sintetizados que trabajaban en un proyecto del ejército americano Han desarrollado un proceso que podría llevar a una nueva clase de los polímeros sintetizados que pueden crear los nuevos materiales y terapéutica de alto rendimiento para los soldados.

Las comunicaciones de la naturaleza publicaron la investigación conducto por los investigadores Ejército-financiados en la Universidad Northwestern, que desarrolló un equipo de reglas del diseño para conducir cómo los ribosomas, una estructura de célula que hace la proteína, pueden incorporar nuevas clases de monómeros, que se pueden pegar con las moléculas idénticas a los polímeros de la forma.

Estas conclusión son un paso emocionante adelante a lograr los polímeros sintetizados serie-definidos, que ha sido un reto magnífico en el campo de la química del polímero. La capacidad de aprovechar y de adaptar la maquinaria celular para producir los polímeros no biológicos, esencialmente, traería los materiales sintetizados en el reino de funciones biológicas. Esto podía rendir los materiales avanzados, de alto rendimiento tales como nanoelectronics, los materiales autoregenerables, y otros materiales del interés para el ejército.”

El Dr. Dawanne Poree, program manager, química del polímero en la oficina de la investigación del ejército

Los polímeros biológicos tales como DNA, tienen series exactas del bloque hueco que prevean una variedad de funciones avanzadas tales como almacenamiento y uno mismo-réplica de información. Este proyecto observaba cómo rediseñar la maquinaria biológica para permitir que trabaje con los bloques huecos no biológicos que ofrecerían una ruta a crear los polímeros sintetizados con la precisión de la biología.

“Estos nuevos polímeros sintetizados pueden habilitar el revelado del engranaje protector personal avanzado, electrónica sofisticada, pilas de combustible, células solares avanzadas y la nanofabricación, que son toda la llave a la protección y funcionamiento de soldados,” Poree dijo.

“Nos establecimos para desplegar el alcance de los monómeros ribosomal para que la síntesis de la proteína habilite nuevas direcciones en biomanufacturing,” dijo a Michael Jewett, el profesor de Charles Deering McCormick de la excelencia de enseñanza, profesor de la ingeniería química y biológica, y director del centro para la biología sintetizada en la escuela del noroeste de McCormick de la ingeniería. “Cuál es tan emocionante es que aprendimos que el ribosoma puede acomodar más clases de monómeros que nosotros preveyó, que fija el escenario para usar el ribosoma como máquina general para crear clases de los materiales y del remedio que no se han sintetizado antes.”

La producción recombinante de la proteína por el ribosoma ha transformado las vidas de millones de gente con la síntesis de biopharmaceuticals, como la insulina, y las enzimas industriales que se utilizan en detergentes para ropa. En naturaleza, sin embargo, el ribosoma incorpora solamente los monómeros naturales del aminoácido en los polímeros de la proteína.

Para desplegar el repertorio de los monómeros usados por el ribosoma, las personas de Jewett se establecieron para determinar las reglas del diseño para conectar los monómeros para transferir el ácido ribonucleico, conocidas como tRNAs. Eso es porque conseguir el ribosoma para utilizar un nuevo monómero no es tan simple como introduciendo un nuevo monómero al ribosoma. Los monómeros se deben sujetar a los tRNAs, que son las moléculas que los llevan en el ribosoma. Muchos procesos actuales para sujetar los monómeros a los tRNAs son difíciles y que toma tiempo, pero relativamente un nuevo proceso llamado flexizyme habilita una agregación más fácil y más flexible de monómeros.

Para desarrollar las reglas del diseño para usar flexizyme, los investigadores crearon 37 monómeros que eran nuevos al ribosoma de un repertorio diverso de andamios. Entonces, mostraron que los monómeros que se podrían sujetar a los tRNAs se podrían utilizar para hacer diez de nuevos híbridos del péptido. Finalmente, validaron sus reglas del diseño fiable conduciendo la búsqueda para los monómeros aún más nuevos.

“Con el nuevo diseño gobierna, nosotros muestran que podemos evitar las aproximaciones del ensayo y error que se han asociado históricamente a desarrollar los nuevos monómeros para uso del ribosoma,” Jewett dijimos.

Estas nuevas reglas del diseño deben acelerar el paso en el cual los investigadores pueden incorporar los nuevos monómeros, que llevarán final a los nuevos bioproducts sintetizados por el ribosoma. Por ejemplo, los materiales hechos de monómeros proteasa-resistentes podrían llevar a las drogas antimicrobianas que combate resistencia antibiótico de levantamiento.

La investigación es parte del departamento del programa multidisciplinario de las iniciativas de la investigación de la universidad de la defensa, soportado por ARO, en el cual Jewett está trabajando con los investigadores a partir de tres otras universidades para reengineer el ribosoma como catalizador biológico para hacer los polímeros químicos nuevos. ARO es un elemento del laboratorio de investigación del ejército Del ejército americano del combate de las capacidades del mando del revelado.

“Es que el ribosoma puede acomodar la anchura de monómeros que mostramos,” Jewett asombroso dijo. “Que es realmente encouraging para los esfuerzos futuros a los ribosomas del repurpose.”

Los investigadores en la Universidad de Texas en Austin están trabajando en una tecnología similar para desarrollar la adherencia y los materiales adaptantes y responsivos como parte de un acuerdo cooperativo con ARL y futuros del ejército ordenan.

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.