Инженерный фермент производит синтетический генетический материал, открывая новые терапевтические возможности
Исследовательская группа под руководством Калифорнийского университета в Ирвайне создала эффективный новый фермент, способный производить синтететический генетический материал — треозную нуклеиновую кислоту (TNA). Возможность синтезировать искусственные цепи TNA, которая по своей природе стабильнее ДНК, продвигает открытие потенциально более мощных и точных терапевтических методов для лечения рака, аутоиммунных, метаболических и инфекционных заболеваний.
В статье, опубликованной в Nature Catalysis, описано, как команда создала фермент под названием 10–92, который обеспечивает точный и быстрый синтез TNA, преодолевая ключевые проблемы предыдущих стратегий дизайна ферментов. Приближаясь к возможностям естественного синтеза ДНК, TNA-полимераза 10–92 способствует разработке будущих лекарств на основе TNA.
ДНК-полимеразы — это ферменты, которые реплицируют геномы организмов, точно и эффективно копируя ДНК. Они играют жизненно важную роль в биотехнологии и здравоохранении, что видно на примере борьбы с COVID-19, где они были ключевыми для обнаружения патогена и последующего лечения с помощью мРНК-вакцины.
"Это достижение представляет собой важную веху в эволюции синтетической биологии и открывает захватывающие возможности для новых терапевтических применений, значительно сокращая разрыв в производительности между естественными и искусственными ферментными системами", — сказал автор-корреспондент Джон Шапу, профессор фармацевтических наук UC Irvine.
"В отличие от ДНК, биологическая стабильность TNA позволяет использовать её в гораздо более широком спектре методов лечения, и новая TNA-полимераза 10–92 позволит нам достичь этой цели".
Команда создала TNA-полимеразу 10–92 с помощью техники гомологичной рекомбинации, которая перестраивает фрагменты полимераз из родственных видов архебактерий. В ходе повторяющихся циклов эволюции исследователи идентифицировали варианты полимеразы с возрастающей активностью, в конечном итоге получив вариант, эффективность которого находится в диапазоне природных ферментов.
"Лекарства будущего могут выглядеть совсем иначе, чем те, что мы используем сегодня", — отметил Шапу.
"Устойчивость TNA к ферментативной и химической деградации делает её идеальным кандидатом для разработки новых методов лечения, таких как терапевтические аптамеры — многообещающий класс препаратов, которые связываются с молекулами-мишенями с высокой специфичностью.
"Создание ферментов, способствующих открытию новых подходов, может решить ограничения антител, например, улучшить проникновение в ткани, и потенциально оказать ещё большее положительное влияние на здоровье человека".