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Come le celle batteriche sono state costruite per produrre i polimeri sintetici virus-resistenti

Un documento recente di scienza discute l'utilizzazione di Escherichia coli sintetico precedentemente riferito ai polimeri sintetici virus-resistenti dei prodotti per le applicazioni di produzione future della droga.

Una generalità delle proteine e dei polimeri

Per definizione, un polimero è qualunque tipo di sostanza che consiste di tantissime simili unità che sono saldate insieme. I polimeri biologici, per esempio, sono compresi almeno 50 più piccole molecole conosciute come i monomeri, che sono usati per creare i più grandi polimeri che si riferiscono a come macromolecole. Queste macromolecole, quali i carboidrati, lipidi e proteine, sono tutte essenziali per omeostasi di mantenimento negli organismi viventi.

Il materiale genetico di acido desossiribonucleico (DNA) è un tipo di polimero biologico che si compone di quattro basi dell'acido nucleico conosciute come guanina (G), adenina (A), timina (t) e citosina (C). Questi acidi nucleici sono organizzati nei codoni differenti, che sono sequenze di trinucleotide di DNA che corrispondono ad un amminoacido specifico, che sono le particelle elementari per le proteine.

In generale, ci sono 64 combinazioni possibili di acidi nucleici che possono sorgere, con 20 amminoacidi differenti cui queste combinazioni di codone possono codificare per. Parecchie scelte sinonime di codone sono quindi a disposizione per codificare i codoni differenti per gli stessi amminoacidi. Queste sostituzioni sinonime svolgono un ruolo importante nel contributo alla diversità della natura; tuttavia, possono anche causare gli effetti nocivi agli organismi quando la sostituzione è sbagliata.

Escherichia coli

Escherichia coli. Credito di immagine: fusebulb/Shutterstock.com

Riscrittura del genoma

In uno studio 2019 di natura, un gruppo di scienziati dalla libreria del Consiglio (MRC) di ricerca medica per biologia molecolare a Cambridge, Regno Unito ha creato una variante di Escherichia coli di cui l'intero genoma è stato sintetizzato con un trattamento totale convergente ad alta fedeltà della sintesi che ha utilizzato quattro megabases.

Più specificamente, ogni codone del TCA e di TCG è stato sostituito con i sui sinonimi di AGC e di AGT. Ulteriormente, ogni del ` arresto di corrente' del TAG, che è usato tipicamente per segnalare la chiusura del trattamento di traduzione per il codone la proteina, è stato sostituito con il suo sinonimo di TAA. Malgrado non avere sui codoni originali di TCG, del TCA e di TGA all'interno del loro genoma, Escherichia coli sintetico poteva ancora creare le proteine per sostenere la sue sopravvivenza e crescita.

Escherichia coli sintetico è resistente alle infezioni virali

Intraprendendo alla loro ricerca un'azione ulteriore, gli scienziati di MRC piombo dal Dott. Jason Chin hanno valutato che cosa sarebbe accaduto ad Escherichia coli sintetico sopra la rimozione dell'acido ribonucleico di trasferimento (tRNA). Questi tRNAs sono responsabili del decodifica della sequenza del RNA messaggero (mRNA) che riconosce normalmente i codoni del TCA e di TCG nelle proteine.

Sopra l'esposizione dei batteri sintetici ad un cocktail dei virus, i batteri che non hanno subito questa modifica del tRNA immediatamente sono stati uccisi. Comparativamente, i batteri modificati sono stati trovati per sopravvivere a come conseguenza della loro resistenza inerente all'infezione virale.

Se un virus entra nei tini dei batteri usati a determinate droghe di lavorazione, quindi può distruggere l'intero batch. Le nostre celle batteriche modificate potrebbero superare questo problema essendo completamente resistenti ai virus. Poiché i virus usano il codice genetico completo, i batteri modificati non potranno leggere i geni virali,„

Jason Chin

Utilizzando Escherichia coli sintetico per la produzione sintetica del polimero

La scoperta che il loro Escherichia coli sintetico non ha richiesto determinati codoni di essere presenti continuare la loro sopravvivenza, la crescita e la resistenza all'infezione virale piombo i ricercatori studiare come questi codoni potrebbero essere usati per produzione del polimero.

A questo scopo, i batteri sono stati usati per produrre i tRNAs accoppiati con i monomeri artificiali che hanno riconosciuto soltanto i codoni recentemente disponibili del TAG e di TCG. Le serie di codoni del TAG e di TCG poi sono state comprese nel DNA di Escherichia coli virus-resistente, che sono stati letti dai tRNAs alterati. I tRNAs poi hanno montato gli ordini differenti dei codoni del TAG e di TCG.

Con questo approccio, un totale del A. di otto polimeri novelli che non esistono in natura è stato costruito. Le estremità di questi polimeri poi si sono unite per creare i macrocycles, che sono molecole che sono ampiamente usate costituire la base di determinati agenti farmaceutici, quali gli antibiotici e le droghe antineoplastiche.

La resistenza virale del questo batteri sintetici offre una nuova occasione della fabbricazione di droghe determinate come i vaccini dell'sottounità della proteina come pure dell'insulina, poichè queste droghe sono spesso fabbricate in celle coltivate dei batteri che contengono le istruzioni state necessarie per la loro produzione.

Source:
  • Fredens, J., Wang, K., de la Torre, D., et al. (2019). Total synthesis of Escherichia coli with a recoded genome. Nature 569; 514-518. doi:10.1038/s41586-019-1192-5.
Journal reference:
  • Robertson, W., et al. (2021). Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis. Science. doi:10.1126/science.abg3029.
Benedette Cuffari

Written by

Benedette Cuffari

After completing her Bachelor of Science in Toxicology with two minors in Spanish and Chemistry in 2016, Benedette continued her studies to complete her Master of Science in Toxicology in May of 2018. During graduate school, Benedette investigated the dermatotoxicity of mechlorethamine and bendamustine; two nitrogen mustard alkylating agents that are used in anticancer therapy.

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