Eiwitten - de moleculaire machines die de processen aansturen die ten grondslag liggen aan de biologie - zijn gemaakt van slechts 20 canonieke bouwstenen die aminozuren worden genoemd. Bijna twee decennia lang wetenschappers hebben methoden gezocht om nieuwe aminozuren te ontwikkelen om eiwitten te bouwen.

Een team van scheikundigen van Boston College heeft een technologie ontwikkeld om een ​​reeks nuttige niet-canonieke aminozuren nauwkeurig op te nemen in eiwitten gemaakt in eukaryoten, de brede klasse van hogere organismen die mensen omvat, rapporteerde het team in het journaal Cel Chemische Biologie .

Ongeveer 15 jaar geleden, wetenschappers zagen voor het eerst het potentieel van een geconstrueerde, van bacteriën afgeleide genetische machines - bekend als een aminoacyl-tRNA-synthetase / tRNA-paar - voor het opnemen van niet-canonieke aminozuren in eiwitten die in eukaryote cellen worden geproduceerd. Maar de methode heeft te maken gehad met een aantal technische beperkingen die de wijdverbreide ontwikkeling ervan hebben beperkt.

Het Boston College-team heeft veel van die beperkingen overwonnen door een nieuwe stam van E. coli-bacteriën te ontwikkelen die gemakkelijke engineering van het van bacteriën afgeleide aminoacyl-tRNA-synthetase/tRNA-paar mogelijk maakt, volgens universitair docent scheikunde Abhishek Chatterjee, die het project leidde. Deze nieuwe benadering maakte de opname van verschillende niet-canonieke aminozuren mogelijk, waaronder p-boronofenylalanine, in eiwitten geproduceerd in menselijke cellen en in de gemanipuleerde stam van E coli .

Chatterjee zei dat het team verrast was door de faciliteit van de nieuwe aanpak, die wordt beschreven in het nieuwe rapport "Resurrecting the bacteriële tyrosyl-tRNA synthetase/tRNA pair for expansion the genetic code of both E coli en eukaryoten."

"Deze roman maken E coli stam vereist vervanging van zijn natieve aminoacyl-tRNA synthetase/tRNA-paar met een tegenhanger van een ander organisme, waarvan we verwachtten dat het erg moeilijk zou zijn, " zei hij. "Maar het bleek heel haalbaar. Dat opent deze complete technologie."

Chatterjee zei dat het team probeerde een nieuwe methode te ontwikkelen om eiwitfuncties te ontwikkelen en te controleren als een manier om het wetenschappelijke begrip van de processen die eiwitfuncties in onze cellen sturen, uit te breiden.

"Duizenden eiwitten zijn gecodeerd in het genoom die ons maken tot wie we zijn, maar we weten heel weinig over dat proces, ' zei Chatterjee. 'In menselijke cellen, er zijn er ongeveer 20, 000 eiwitcoderende genen. Wat ze doen en hoe ze het doen, blijft moeilijk te bestuderen. Een van de grootste problemen is dat als je wilt weten wat ze doen, je moet ze bespioneren. Je moet een sonde aansluiten die kan rapporteren wat er aan de hand is."

Het introduceren van dergelijke sondes is moeilijk gebleken, omdat het proces vaak het doeleiwit beschadigt.

In welke cel dan ook, eiwitten zijn gemaakt van 20 aminozuren - een vaste groep die op volgorde wordt geleid door genetische instructies.

"Het idee is dat we een nieuwe bouwsteen in eiwitten kunnen introduceren die de natuur niet heeft - naast de 20 canonieke aminozuren die de natuur gebruikt, ' zei Chatterjee. 'Als we dat kunnen, we hebben de mogelijkheid om heel specifiek een breed scala aan niet-natuurlijke functionaliteiten te introduceren op elke plaats van vrijwel elk eiwit."

Het directe voordeel zou zijn om onderzoekers te helpen die nog steeds de mysteries van celbiologie en eiwitfunctie ontrafelen.

"Je zou een eiwit kunnen maken met een niet-canoniek aminozuur op elke gekozen plaats, laad het met sondes die erg klein zijn en een optisch signaal afgeven dat vertelt waar het naartoe gaat, " Zei Chatterjee. "Het zou je in staat kunnen stellen om te manipuleren hoe het eiwit werkt. Je zou limieten kunnen invoeren, dus wat het eiwit ook doet, het kan niet meer. En je zou de sonde kunnen verwijderen door een extern signaal zoals licht te gebruiken. Deze technologie opent tal van nieuwe manieren om de eiwitfunctie te onderzoeken en te ontwikkelen, wat anders een hele uitdaging zou zijn."