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Os pesquisadores suplementam o conjunto de ferramentas sintético da biologia para aerodinamizar investigações na expansão do código genético

Um dos objetivos os mais ambiciosos dos biólogos modernos é aprender como expandir ou alterar de outra maneira o código genético da vida na terra, a fim fazer formulários de vida nova, artificial.

A parte da motivação para esta “pesquisa da biologia sintética” é compreender mais sobre a evolução e a lógica da biologia que natural nós herdamos. Mas há igualmente uma motivação muito prática: As pilhas podem ser usadas como fábricas eficientes fazendo uma disposição larga de moléculas úteis; terapêutica especialmente proteína-baseada, que esclarecem uma parte crescente de medicinas novas. As pilhas que trabalham com um código genético expandido poderiam fazer um grupo muito mais diverso de tais medicinas e poderiam fazer assim em uma maneira que simplificasse extremamente o processo total das desenvolver e de fabricar.

A realização do objetivo grande de um trabalho, biologia sintética útil é ainda certos anos fora. Mas em um estudo publicou esta semana em comunicações da natureza, cientistas tomaram uma etapa significativa mais perto dela, desenvolvendo e demonstrando componentes-chave de um sistema de código genético expandido.

Nós suplementamos o conjunto de ferramentas sintético da biologia para aerodinamizar investigações na expansão do código genético.”

Ahmed Badran, PhD, estuda o autor superior e o professor adjunto, departamento de química, instituto de investigação de Scripps

A vida subjacente natural do código genético na terra é usada por pilhas para traduzir a informação contida no ADN e no RNA nos blocos de apartamentos do ácido aminado de proteínas. As moléculas do ADN e do RNA são corrente-como as moléculas que codificam a informação usando um “alfabeto” de quatro blocos de apartamentos do nucleotide, ou as “letras.” As moléculas chamadas transferência RNAs (tRNAs) descodificam esta informação reconhecendo três letras de cada vez, traduzindo cada três-letra “codon” em um único bloco de apartamentos do ácido aminado de uma proteína. Este sistema do codon da objectiva tripla em princípio pode codificar 64 ácidos aminados diferentes (43) -; contudo tipicamente somente 20 ácidos aminados são usados na maioria de organismos.

Pelo contraste, o sistema previsto do quádruplo, com base em codons da quatro-letra, poderia codificar 256 (44) ácidos aminados distintos. Obviamente, a maioria daquelas não existiria em proteínas naturais, embora algumas poderiam ser variações ligeiras em ácidos aminados naturais, permitindo proteínas de ser feito com características muito mais finamente ajustadas, por exemplo para aperfeiçoar suas eficácia e segurança como medicinas.

O desafio enorme aqui vem do facto de que o sistema de tradução da gene-à-proteína é complexo em que os componentes múltiplos devem trabalhar junto lisamente. O sistema que existe em organismos vivos na terra tomou presumivelmente muitos milhões de anos para evoluir a seus níveis actuais de precisão e de eficiência. Os esforços prévios para projectar os sistemas novos inteiros, incluindo sistemas do quádruplo-codon, têm mostrado alguma promessa nos últimos anos.

No estudo novo, Badran e sua equipe usaram um evolucionário, sobrevivência---mais apto, técnica chamada dirigiram a evolução para evoluir um grupo pequeno de tRNAs que em princípio poderiam trabalhar em um sistema do quádruplo. Os cientistas mostraram que estes tRNAs do quádruplo poderiam ser usados para traduzir segmentos de uma proteína dentro das pilhas bacterianas. Podiam traduzir seis codons idênticos após um outros do quádruplo, e traduzem mesmo quatro codons muito diferentes do quádruplo na mesma proteína; e poderia fazer assim nas eficiências que são pela primeira vez ao alcance do que seria necessário para um sistema funcional do quádruplo.

Badran sublinha que embora um sistema de código do quádruplo esteja ainda muito no adiantado, a fase da método-revelação, ele deve ser muito útil se pode ser feita para trabalhar; especialmente em permitir a síntese directa das proteínas com ácidos aminados “não-canônicos” que não são encontrados naturalmente nas proteínas. Tais ncAAs, porque são chamados, poderiam ser usados para dar a proteínas as propriedades biológicas novas, incluindo a disposição de conveniente, cofre forte “seguram” em uma proteína; para a colocação das alterações químicas para melhorar as propriedades terapêuticas da proteína, por exemplo, ou para o acessório de uma “ogiva tóxica” em uma droga de cancro dedirecção.

“Um poderia teòrica programar uma seqüência do ADN que fosse traduzida, em uma pilha viva, em uma proteína que contivesse um grupo complexo de alterações; alterações que de outra maneira seriam difíceis ou impossíveis de adicionar,” Badran diz.

Badran, que se juntou à pesquisa de Scripps no começo desse ano, trabalhou no instituto largo do MIT e do Harvard durante o estudo.

Source:
Journal reference:

DeBenedictis, E. A., et al. (2021) Multiplex suppression of four quadruplet codons via tRNA directed evolution. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-25948-y.