Επιστήμονες «ξαναέγραψαν» τον γενετικό κώδικα της ζωής για να δημιουργήσουν νέες πρωτεΐνες
Νέος γενετικός κώδικας και ασυνήθιστες πρωτεΐνες οδηγούν στην ανακάλυψη νέων μορίων για την ιατρική και τη βιομηχανία.
Σύμφωνα με μελέτη που δημοσιεύεται στο Nature Biotechnology, επιστήμονες από το ερευνητικό ινστιτούτο Scripps άλλαξαν τον γενετικό κώδικα, παράγοντας νέες πρωτεΐνες. Τα νέα αυτά μόρια μπορούν να χρησιμοποιηθούν για βιοτεχνολογικές εφαρμογές, όπως η στοχευμένη μεταφορά φαρμάκων.
Το βασικό δόγμα της βιολογίας λέει ότι οι πρωτεΐνες (τα βασικά δομικά και λειτουργικά μόρια κάθε οργανισμού) φτιάχνονται από συνδυασμούς 20 μορίων που λέγονται αμινοξέα. Για να επιλεγούν τα αμινοξέα και να μπουν στη σωστή σειρά, χρειάζεται το RNA, ένα μόριο που αποτελείται από 4 μικρότερα συστατικά που λέγονται νουκλεοτίδια και «διαβάζονται» ανά τρία. Κάθε τριπλέτα ονομάζεται κωδικόνιο.
Οι επιστήμονες κατάφεραν να τροποποιήσουν τον γενετικό κώδικα και να τον «διαβάσουν» διαφορετικά από ό,τι στη φύση, συνθέτοντας νέες πρωτεΐνες. Παράλληλα, κατάφεραν να δημιουργήσουν πρωτεΐνες με μη-κανονικά αμινοξέα (βρίσκονται στη φύση αλλά όχι στις πρωτεΐνες).
«Ο στόχος μας είναι να αναπτύξουμε πρωτεΐνες για εφαρμογές από τη βιοτεχνολογία μέχρι τη μεταφορά φαρμάκων», εξηγεί ο Δρ. Αχμέντ Μπαντράν, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Scripps. «Η εισαγωγή μη-κανονικών αμινοξέων με αυτή τη νέα μέθοδο μας φέρνει πιο κοντά στον στόχο».
Πιο συγκεκριμένα, κάθε τριπλέτα RNA αντιστοιχεί σε ένα αμινοξύ, και την αντιστοίχιση κάνει μια άλλη κατηγορία μορίων, τα tRNA, τα οποία διαθέτουν μια συμπληρωματική τριπλέτα. Για παράδειγμα, η τριπλέτα UAU στο RNA διαβάζεται από την τριπλέτα AUA (αντικωδικόνιο) στο tRNA, που εισάγει το αμινοξύ τυροσίνη.
Οι ερευνητές όμως κατάφεραν να δημιουργήσουν νέα tRNA με αντικωδικόνια τεσσάρων νουκλεοτιδίων, κάτι που συναντάται πολύ σπάνια στη φύση και μόνο σε βακτήρια που προσαρμόζονται σε ισχυρά αντιβιοτικά. Στη συνέχεια, μελέτησαν τους λόγους που κύτταρα μπορούν να ενσωματώσουν τέτοια tRNA και βρήκαν ότι τον πιο σημαντικό ρόλο παίζουν τα νουκλεοτίδια κοντά στα κωδικόνια.
Η ομάδα του Μπαντράν επιχείρησε να τροποποιήσει γονίδια για να δει αν μπορούν να ενσωματώσουν σωστά κωδικόνια των τεσσάρων νουκλεοτιδίων και είδε ότι ο γενετικός κώδικας μπορεί να διαβαστεί ανά τέσσερα νουκλεοτίδια, αν υπάρχει αρκετή συγκέντρωση τροποποιημένων tRNA. Στη συνέχεια, δοκίμασε 12 διαφορετικά κωδικόνια των τεσσάρων νουκλεοτιδίων και μπόρεσε να συνθέσει 100 μικρές κυκλικές πρωτεΐνες με έως και τρία μη κανονικά αμινοξέα.
«Αυτές οι πρωτεΐνες μοιάζουν με αυτές που βρίσκει κανείς στη φύση σε βιοενεργά συστατικά», εξηγεί ο Μπαντράν. «Κεφαλαιοποιώντας την προγραμματική φύση της σύνθεσης των πρωτεϊνών, μπορούμε να δημιουργήσουμε μικρά μόρια με συναρπαστικές εφαρμογές στη φαρμακευτική»
Η μελέτη του Μπαντράν και των συνεργατών του ανοίγει νέους δρόμους στη σύνθεση πρωτεϊνών με μη-κανονικά αμινοξέα με εφαρμογές στην ιατρική, τη βιομηχανία και αλλού.
