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Los investigadores complementan la caja de herramientas sintetizada de la biología para aerodinamizar investigaciones en la extensión de la clave genética

Una de las metas más ambiciosas de los biólogos modernos es aprender cómo desplegar o modificar de otra manera la clave genética de la vida en la tierra, para hacer formas de nueva, artificial vida.

La parte del estímulo para esta investigación de la “biología sintetizada” es entender más sobre la evolución y la lógica de la biología natural que hemos heredado. Pero hay también un estímulo muy práctico: Las células se pueden utilizar como fábricas eficientes para hacer un arsenal amplio de moléculas útiles; especialmente terapéutica a base de proteínas, que explican una parte cada vez mayor del nuevo remedio. Las células que trabajaban con una clave genética desplegada podrían hacer un equipo mucho más diverso de tal remedio y podrían hacer tan de una manera que simplifica grandemente el proceso total de desarrollarlo y de fabricar.

La realización de la meta magnífica de un trabajo, biología sintetizada útil sigue siendo algunos años lejos. Pero en un estudio publicó esta semana en las comunicaciones de la naturaleza, científicos han tomado una medida importante más cercano a ella, desarrollando y demostrando los componentes claves de un sistema de clave genética desplegado.

Hemos complementado la caja de herramientas sintetizada de la biología para aerodinamizar investigaciones en la extensión de la clave genética.”

Ahmed Badran, doctorado, estudia el autor mayor y al profesor adjunto, departamento de la química, instituto de investigación de Scripps

La vida subyacente natural de la clave genética en la tierra es utilizada por las células para traducir la información contenida en la DNA y el ARN en los bloques huecos del aminoácido de proteínas. Las moléculas de la DNA y del ARN están cadena-como las moléculas que codifican la información usando un “alfabeto” de cuatro bloques huecos del nucleótido, o las “cartas.” Las moléculas llamadas transferencia RNAs (tRNAs) decodifican esta información reconociendo tres cartas al mismo tiempo, traduciendo cada tres-carta “codón” en un bloque hueco del único aminoácido de una proteína. Este sistema del codón del trío en principio puede codificar 64 diversos aminoácidos (43) -; con todo típicamente solamente 20 aminoácidos se utilizan en la mayoría de los organismos.

Por el contrario, el sistema previsto del cuadrúpedo, sobre la base de codones de la cuatro-carta, podía codificar 256 (4)4 aminoácidos distintos. Obviamente, la mayor parte de ésos no existirían en proteínas naturales, aunque algunas podrían ser variaciones ligeras en los aminoácidos naturales, permitiendo a las proteínas ser hecho con características mucho más fino sintonizadas, por ejemplo para optimizar su eficacia y seguro como remedio.

El reto enorme aquí viene del hecho de que el sistema de traslación de la gen-a-proteína es complejo en el cual los componentes múltiples deben trabajar juntos liso. El sistema que existe en organismos vivos en la tierra llevó probablemente muchos millones de años para desarrollarse a sus niveles actuales de la exactitud y de la eficiencia. Los esfuerzos anteriores de dirigir nuevos sistemas enteros, incluyendo sistemas del cuadrúpedo-codón, han mostrado una cierta promesa estos últimos años.

En el nuevo estudio, Badran y sus personas utilizaron un evolutivo, supervivencia-de--el más apto, técnica llamada ordenaron la evolución para desarrollar un pequeño equipo de los tRNAs que en principio podrían trabajar en un sistema del cuadrúpedo. Los científicos mostraron que estos tRNAs del cuadrúpedo se podrían utilizar para traducir segmentos de una proteína dentro de las células bacterianas. Podían traducir seis codones idénticos después de uno otros del cuadrúpedo, e incluso traducen cuatro codones muy diversos del cuadrúpedo en la misma proteína; y podría hacer tan en las eficiencias que están por primera vez muy cerca de cuál sería necesario para un sistema funcional del cuadrúpedo.

Badran acentúa que aunque un sistema de clave del cuadrúpedo todavía esté mucho en el temprano, el escenario del método-revelado, él debe ser muy útil si puede ser hecho para trabajar; especialmente en habilitar la síntesis directa de proteínas con los aminoácidos “no-canónicos” que no se encuentran naturalmente en proteínas. Tales ncAAs, pues se llaman, se podrían utilizar para dar a proteínas propiedades biológicas nuevas, incluyendo la disposición de conveniente, caja fuerte “manejan” en una proteína; para la colocación de las modificaciones químicas para perfeccionar las propiedades terapéuticas de la proteína, por ejemplo, o para la agregación de un “cono de combate tóxico” en un medicamento para el cáncer tumor-autoguiado hacia el blanco.

“Uno podría programar teóricamente una serie de la DNA que sería traducida, en una célula viva, a una proteína que contiene un equipo complejo de modificaciones; modificaciones que serían de otra manera difíciles o imposibles de agregar,” Badran dice.

Badran, que ensambló la investigación de Scripps a principios de este año, trabajó en el instituto amplio del MIT y de Harvard durante el estudio.

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.