Los investigadores han creado un programa de computadora que abrirá un campo desafiante en biología sintética para todo el mundo.
En la última década, se han gastado miles de millones de dólares en tecnología que puede leer y escribir ADN rápida y económicamente para sintetizar y manipular polipéptidos y proteínas.
Esa tecnología, sin embargo, tropieza cuando encuentra una receta genética repetitiva. Esto incluye muchos materiales naturales y sintéticos utilizados para una variedad de aplicaciones, desde adhesivos biológicos hasta seda sintética. Al igual que alguien que lucha con un rompecabezas "imposible", los sintetizadores tienen problemasdeterminar qué pieza genética va a dónde cuando muchos de los bloques de construcción se ven iguales.
Los científicos de la Universidad de Duke han eliminado este obstáculo al desarrollar un programa informático de libre acceso basado en el problema matemático del "vendedor ambulante". Los biólogos sintéticos ahora pueden encontrar el código genético menos repetitivo para construir la molécula que quieren estudiar. Los investigadores dicensu programa permitirá a aquellos con recursos o experiencia limitados explorar fácilmente biomateriales sintéticos que alguna vez estuvieron disponibles para solo una pequeña fracción del campo.
Los resultados aparecen en Materiales de la naturaleza 4 de enero de 2016.
"Sintetizar y trabajar con polipéptidos altamente repetitivos es un proceso muy desafiante y tedioso, que durante mucho tiempo ha sido una barrera para ingresar al campo", dijo Ashutosh Chilkoti, profesor de ingeniería biomédica Theo Pilkington y presidente del departamento de ingeniería biomédica de Duke"Pero con la ayuda de nuestra nueva herramienta, lo que solía llevar a los investigadores meses de trabajo ahora puede solicitarlo en línea por cualquier persona por alrededor de $ 100 y los genes se reciben en unas pocas semanas, lo que hace que los polipéptidos repetitivos sean mucho más fáciles de estudiar".
Cada proteína y polipéptido se basa en la secuenciación de dos o más aminoácidos. La receta genética para un aminoácido individual, llamado codón, tiene tres letras de ADN de largo. Pero la naturaleza tiene 61 codones que producen 20 aminoácidos, lo que significa que hay múltiples codones que producen un aminoácido dado.
Debido a que los biólogos sintéticos pueden obtener el mismo aminoácido de múltiples codones, pueden evitar repeticiones de ADN problemáticas intercambiando diferentes codones que logran el mismo efecto. El desafío es encontrar el código genético menos repetitivo que aún produce el polipéptido o proteína deseado.
"Siempre pensé que había una solución potencial, que debía haber una forma de resolverlo matemáticamente", dijo Chilkoti. "Había ofrecido este problema a los estudiantes de posgrado antes, pero nadie quería abordarlo porque requiere un particularcombinación de matemáticas de alto nivel, ciencias de la computación y biología molecular. Pero Nicholas Tang era el tipo correcto "
Después de estudiar el problema en detalle, Nicholas Tang, un candidato doctoral en el laboratorio de Chilkoti, descubrió que la solución es una versión del problema matemático del "vendedor ambulante". La pregunta clásica es, dado un mapa con un conjunto de ciudades para visitar, ¿cuál es la ruta más corta posible que llega a cada ciudad exactamente una vez antes de regresar a la ciudad original?
Después de escribir el algoritmo, Tang lo puso a prueba. Creó una larga lista de 19 polipéptidos repetitivos populares que actualmente se están estudiando en laboratorios de todo el mundo. Después de pasar los códigos a través del programa, los envió para su síntesis por comercialequipos de biotecnología: una tarea que sería imposible para cualquiera de los códigos originales.
Sin la ayuda de la tecnología comercial, los investigadores pasan meses construyendo el ADN que las células usan para producir las proteínas que se estudian. Es una tarea tediosa y repetitiva, no la perspectiva más atractiva para un joven estudiante graduado. Pero si el nuevo programa funcionara, el proceso podría reducirse a unas pocas semanas de espera para que las máquinas entreguen los productos.
Cuando Tang recibió su ADN, cada uno de ellos se introdujo en células vivas para producir el polipéptido deseado como se esperaba.
"Hizo 19 polímeros diferentes del campo en una sola toma", dijo Chilkoti. "Lo que probablemente llevó a decenas de investigadores crear, fue capaz de reproducirse en un solo documento en cuestión de semanas".
Chilkoti y Tang ahora están trabajando para hacer que el nuevo programa de computadora esté disponible en línea para que cualquiera lo use a través de un formulario web simple, abriendo una nueva área de biología sintética para que todos lo exploren.
"Este avance realmente democratiza el campo de la biología sintética y nivela el campo de juego", dijo Tang. "Antes, tenía que tener mucha experiencia y paciencia para trabajar con secuencias repetitivas, pero ahora cualquiera puede ordenarlas en línea".Creemos que esto realmente podría romper el cuello de botella que ha frenado el campo y esperamos reclutar más personas en el campo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Duke . Original escrito por Ken Kingery. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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