В мире биологии существует фундаментальная истина, сравнимая с азбукой для создания жизни: белки – сложные молекулы, построенные из 20 различных аминокислот, подобно тому как слова строятся из букв. Но ученые, стремящиеся создавать белки с уникальными функциями, давно ощущали ограничения этого стандартного набора строительных блоков. Как расширить этот набор и внести в белки совершенно новые свойства?
Ученые из Scripps Research нашли революционный ответ – они разработали способ включения в белки так называемых «неканонических» аминокислот, расширяя возможности белковой инженерии без вмешательства в саму ДНК. Их метод, опубликованный в журнале Nature Biotechnology, основан на использовании четырехнуклеотидных кодонов вместо привычных трех.
Четырехбуквенная Кодовая Система: Ключ к Новым Возможностям
Представьте, что генетический код – это язык, где каждая группа из трех букв (нуклеотидов) в РНК соответствует одной аминокислоте. Но исследователи обнаружили способ «дописать» четвертую букву, создавая четырехбуквенные кодоны, которые могут указывать на совершенно новые аминокислоты.
Ранее для включения неканонических аминокислот приходилось перепрограммировать весь геном клетки, меняя связь между кодонами и аминокислотами. Это сложный и трудоемкий процесс, рискованный для стабильности самой клетки. Новый метод же работает как «плагин» – он добавляет возможность использовать новые аминокислоты в конкретных участках белка, не затрагивая остальную генетическую информацию.
Макроциклы: Новые Молекулы с Необычными Свойствами
Ключевым элементом успеха стала находка ученых о том, что расположение кодонов вокруг четырехбуквенного «инструктора» играет решающую роль в его правильном чтении клеткой. Используя эту информацию, команда Ахмеда Бадрана смогла создать новые белки с включением до трех неканонических аминокислот в каждом.
Одним из ярких примеров стали макроциклы – циклические пептиды, напоминающие природные биологически активные молекулы. Благодаря программируемости синтеза белка и разнообразию новых «кирпичиков», доступных благодаря четырехнуклеотидным кодонам, ученые могут создавать совершенно новые для природы макроциклы с уникальными свойствами, которые могут найти применение в медицине, производстве и даже химии.
Преимущества Нового Подхода
- Простота: Изменение затрагивает лишь один ген, а не весь геном клетки.
- Гибкость: Возможность использовать больше неканонических аминокислот за счет большего количества четырехбуквенных кодонов.
- Широкий спектр применений: Реорганизация существующих белков или создание совершенно новых с уникальными функциями для медицины, промышленности и фундаментальных исследований.
Открытие команды Бадрана – это настоящий прорыв в биоинженерии. Это как добавление новых букв в алфавит жизни, открывая безграничные возможности для создания белков с невероятными свойствами и расширяя горизонты научных исследований.
