Генетический код 2.0: новые синтетические белки для науки и промышленности

Создание искусственных белков имеет огромное значение для экономики и науки. При интеграции в эти природные полимеры методами генной инженерии искусственных аминокислот уже существующие качества белков могут быть изменены и улучшены. Такая «модернизация» приведет к появлению новых, в том числе и биологических, свойств. Ученым из Института биохимии Макса Планка (Max Planck Institute of Biochemistry – MPIB) в Мартинсриде, Германия, удалось сделать еще один важный шаг в этой области исследований: впервые они интегрировали три различные синтетические аминокислоты в один белок в процессе одного эксперимента.

Белки являются главными действующими лицами нашего организма: играя роль молекулярных механизмов, они переносят различные вещества, передают сообщения и выполняют жизненно важные функции. «Штурманы» клеток состоят из аминокислот, последовательность которых уже определена наследственной информацией в каждом живом существе. Перевод этой информации в процессе синтеза белков определяется генетическим кодом. 20 аминокислот составляют стандартный набор, из которого строятся все белки живых организмов. Однако в природе можно найти несколько сотен аминокислот и, конечно, новые аминокислоты можно синтезировать искусственным путем в лабораторных условиях. Их свойства, естественно, отличаются от аминокислот из стандартного набора. Поэтому интеграция таких аминокислот в белки приведет к систематическому изменению специфических структурных и биологических свойств последних. До настоящего времени в ходе одного эксперимента удавалось включить в белок только один вид синтетической аминокислоты. Таким образом, за один раз можно было изменить только одно свойство белка.

Руководитель исследовательской группы молекулярной биотехнологии MPIB Недилько Будиша (Nediljko Budiša) совершил важный методический прорыв в генной инженерии. В процессе одного эксперимента ученые смогли заменить три различные природные аминокислоты (метионин, пролин и триптофан) синтетическими.
«Эти эксперименты означают, что генетическая инженерия и расширение генетического кода достигли нового этапа своего развития», – не скрывает своей радости биохимик.


Метод Будиша может иметь огромное значение, особенно для промышленности и экономики, так как производство искусственных белков методом генной инженерии, по мнению ученого, свидетельствует о прочной основе для развития новой технологии.
«В результате интеграции синтетические аминокислоты придают белкам свои свойства. Таким образом, разработка позволит синтезировать совершенно новые классы продуктов, химический синтез которых методами обычной белковой инженерии с использованием 20 стандартных аминокислот до сих пор не был возможен», – объясняет Будиша, размышляя о перспективах. «Благодаря нашему методу в будущем будет возможно создавать соответствующие требованиям промышленности белки с новыми свойствами, например, белки, содержащие химические соединения для применения в медицине».

Разработан новый метод одновременной in vivo инкорпорации двух или трех различных синтетических аминокислот в один белок в ходе одного эксперимента с использованием полиауксотрофных штаммов бактерий E. coli. На рисунке показан использованный модельный белок и интегрированные в него синтетические аминокислоты. 

Источник: NNN