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Como as pilhas bacterianas foram projectadas para produzir polímeros sintéticos vírus-resistentes

Um papel recente da ciência discute a utilização de um Escherichia Coli sintético previamente relatado aos polímeros sintéticos vírus-resistentes do produto para as aplicações de produção futuras da droga.

Uma vista geral das proteínas e dos polímeros

Por definição, um polímero é qualquer tipo de substância que consiste em um grande número unidades similares que são ligadas junto. Os polímeros biológicos, por exemplo, são compreendidos pelo menos de 50 moléculas menores conhecidas como os monómeros, que são usados para criar os polímeros maiores que são referidos como macromoléculas. Estas macromoléculas, tais como hidratos de carbono, lipidos, e proteínas, são todas essenciais para a homeostase de manutenção em organismos vivos.

O material genético do ácido deoxyribonucleic (ADN) é um tipo de polímero biológico que é compo de quatro bases do ácido nucleico conhecidas como a guanina (g), adenina (a), thymine (T), e cytosine (c). Estes ácidos nucleicos sãos nos codons diferentes, que sido as seqüências do trinucleotide do ADN que correspondem a um ácido aminado específico, que são os blocos de apartamentos para proteínas.

Total, há 64 combinações possíveis de ácidos nucleicos que podem elevarar, com os 20 ácidos aminados diferentes que estas combinações do codon podem codificar para. Diversas escolhas sinónimas do codon estão conseqüentemente disponíveis para codificar codons diferentes para os mesmos ácidos aminados. Estas substituições sinónimas jogam um papel importante na contribuição à diversidade da natureza; contudo, podem igualmente causar efeitos prejudiciais aos organismos quando a substituição está incorrecta.

Escherichia Coli

Escherichia Coli. Crédito de imagem: fusebulb/Shutterstock.com

Reescrevendo o genoma

Em um estudo 2019 de natureza, um grupo de cientistas da biblioteca do Conselho (MRC) de investigação médica para a biologia molecular em Cambridge, Reino Unido criou uma variação de Escherichia Coli cujo o genoma inteiro foi sintetizado com um processo total convergente da síntese da alta fidelidade que utilizasse quatro megabases.

Mais especificamente, cada codon de TCG e de TCA foi substituído com seus sinónimos do AGC e do AGT. Adicionalmente, cada do ` parada da actual' da ETIQUETA, que é usada tipicamente para sinalizar a terminação do processo de tradução para o codon a proteína, foi substituído com seu sinónimo de TAA. Apesar de não ter seus codons originais de TCG, de TCA, e de TGA dentro de seu genoma, o Escherichia Coli sintético podia ainda criar proteínas para apoiar seus sobrevivência e crescimento.

Escherichia Coli sintético é resistente às infecções virais

Tomando a sua pesquisa uma etapa mais adicional, os cientistas de MRC conduzidos pelo Dr. Jason Chin avaliaram o que aconteceria ao Escherichia Coli sintético em cima da remoção do ácido ribonucléico de transferência (tRNA). Estes tRNAs são responsáveis para descodificar uma seqüência do RNA de mensageiro (mRNA) que reconheça normalmente os codons de TCG e de TCA em proteínas.

Em cima da exposição das bactérias sintéticas a um cocktail dos vírus, as bactérias que não se submeteram a esta alteração do tRNA foram matadas imediatamente. Comparativamente, as bactérias alteradas foram encontradas para sobreviver em conseqüência de sua resistência inerente à infecção viral.

Se um vírus obtem nas cubas de bactérias usadas a determinadas drogas da fabricação, a seguir pode destruir o grupo inteiro. Nossas pilhas bacterianas alteradas podiam superar este problema sendo completamente resistentes aos vírus. Porque os vírus usam o código genético completo, as bactérias alteradas não poderão ler os genes virais,”

Jason Chin

Utilizando o Escherichia Coli sintético para a produção sintética do polímero

A descoberta que seu Escherichia Coli sintético não exigiu determinados codons esta presente para continuar sua sobrevivência, o crescimento, e a resistência à infecção viral conduziram os pesquisadores investigar como estes codons poderiam ser usados para a produção do polímero.

Com tal fim, as bactérias foram usadas para produzir os tRNAs acoplados com monómeros artificiais que reconheceram somente os codons recentemente disponíveis de TCG e de ETIQUETA. As cordas dos codons de TCG e de ETIQUETA foram incorporadas então no ADN do Escherichia Coli vírus-resistente, que foram lidos por tRNAs alterados. Os tRNAs montaram então pedidos diferentes de codons de TCG e de ETIQUETA.

Com esta aproximação, o total do A. de oito polímeros novos que não existem na natureza foi construído. As extremidades destes polímeros foram juntadas então junto para criar os macrocycles, que são as moléculas que são amplamente utilizadas formar a base de determinados agentes farmacêuticos, tais como antibióticos e drogas antineoplásticas.

A resistência viral do este as bactérias sintéticas fornece uma oportunidade nova para a fabricação de determinadas drogas como vacinas da subunidade da insulina assim como da proteína, porque estas drogas são frequentemente manufacturados nas pilhas cultivadas das bactérias que contêm as instruções necessários para sua produção.

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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