Ученые расширили генетический алфавит для создания новых белков

Исследователи из Scripps Research разработали новый метод для простого добавления неканонических аминокислот в белки, описанный в Nature Biotechnology 11 сентября 2024 года. Их подход основан на использовании кодонов из четырех нуклеотидов РНК, а не обычных трех.

Цель и проблема

Цель — создание белков с заданными функциями для биоинженерии и разработки лекарств. Традиционные методы требуют масштабной перекодировки всего генома, чтобы освободить трехнуклеотидный кодон для новой аминокислоты, что ресурсозатратно и может нарушить нормальную биологию клетки.

Новое решение

Ученые создали «подключаемую» стратегию, которая не требует редактирования всего генома. Они использовали четырехнуклеотидные кодоны, которые в редких случаях встречаются в природе (например, у бактерий, устойчивых к лекарствам).

Ключевое открытие

Исследователи выяснили, что для эффективного «прочтения» клеткой четырехбуквенного кодона критически важны часто используемые трехнуклеотидные кодоны, окружающие его в последовательности гена.

Результаты эксперимента

Метод сработал:

• При окружении целевого сайта частыми трехбуквенными кодонами и поддержании достаточного уровня соответствующей тРНК клетка успешно включала новую аминокислоту.
• Технику проверили с 12 разными четырехнуклеотидными кодонами.
• С ее помощью создали более 100 новых циклических пептидов (макроциклов), каждый из которых содержал до трех неканонических аминокислот.

Преимущества и перспективы

• Простота: метод требует изменения только одного целевого гена, а не всего генома.
• Масштабируемость: четырехнуклеотидных кодонов существует больше, чем трехнуклеотидных, что позволяет включать в один белок множество разных неканонических аминокислот.
• Применение: технология открывает путь к созданию новых биологически активных молекул для открытия лекарств, редизайну существующих белков и разработке новых для медицины, промышленности и химических сенсоров.

Как отметил старший автор работы Ахмед Бадран: «Наши результаты показывают, что теперь можно легко и эффективно включать неканонические аминокислоты в различные сайты широкого спектра белков».