El químico de la Universidad de Rice Han Xiao y su equipo han expandido con éxito el código genético de la bacteria Escherichia coli para producir un bloque de construcción sintético, un "aminoácido no canónico". El resultado es un indicador vivo del estrés oxidativo.
El trabajo, dicen, es un paso hacia tecnologías que permitirán la generación de nuevas proteínas y organismos con una variedad de funciones útiles.
Su estudio aparece en la revista Cell Press Química
Los aminoácidos son los componentes básicos del ADN. En general, los organismos solo necesitan 20 de ellos para programar todo el conjunto de proteínas necesarias para la vida. Pero Xiao, con la ayuda de una subvención de 1.8 millones de dólares de los Institutos Nacionales de Salud, se propusover cómo un aminoácido 21 permitiría el diseño de "organismos no naturales" que sirven para propósitos específicos.
El nuevo estudio hace precisamente eso mediante la ingeniería genética de bacterias para producir el aminoácido adicional, llamado 5-hidroxil-triptófano 5HTP, que aparece naturalmente en los humanos como un precursor del neurotransmisor serotonina, pero no en E. coli.La producción de 5HTP hace que las bacterias produzcan una proteína que se ilumina cuando el organismo se encuentra bajo estrés metabólico.
"El proceso requiere muchas técnicas interdisciplinarias", dijo Xiao. "En este estudio, combinamos química sintética, biología sintética e ingeniería metabólica para crear una cepa que sintetiza y codifica un aminoácido no canónico número 21, y luego lo usamos paraproducir la proteína deseada. "
Xiao dijo que programar las bacterias no naturales autónomas era un proceso de tres pasos: primero, los investigadores dirigidos por el estudiante graduado Yuda Chen crearon una maquinaria de traducción bioortogonal para el aminoácido 5HTP. En segundo lugar, encontraron y apuntaron a un codón en blanco: una secuenciaen ADN o ARN que no produce una proteína, y lo editaron genéticamente para codificar 5HTP. En tercer lugar, al injertar grupos de enzimas de otras especies en E. coli, le dieron a la bacteria la capacidad de producir 5HTP.
"Estas proteínas que contienen 5HTP, aisladas de las bacterias programadas, se pueden marcar más con medicamentos u otras moléculas", dijo Xiao. "Aquí, mostramos que la cepa en sí puede servir como un indicador vivo de especies reactivas de oxígeno, y elel límite de detección es realmente bajo ".
Si bien los investigadores han informado de la creación de más de 200 aminoácidos no canónicos hasta la fecha, la mayoría de ellos no pueden ser sintetizados por sus organismos anfitriones. "Este ha sido un campo en curso durante décadas, pero anteriormente la gente se centró en la parte química", Xiaodijo. "Nuestra visión es diseñar células completas con el aminoácido 21 que nos permitirá investigar problemas biológicos o médicos en organismos vivos, en lugar de simplemente tratar con células en el laboratorio.
"Mover esta tecnología a la especie huésped elimina la necesidad de inyectar bloques de construcción artificiales en un organismo, porque pueden sintetizar y usar por sí mismos", dijo. "Eso nos permite estudiar los aminoácidos no canónicos en un nivel superior,nivel de organismo completo. "
En última instancia, los investigadores esperan que los bloques de construcción personalizados permitan que las células específicas, como las de los tumores, fabriquen sus propios medicamentos terapéuticos. "Esa es una dirección futura importante para mi laboratorio", dijo Xiao. "Queremos que las células detecten enfermedades,mejores medicamentos y liberarlos en tiempo real. No creemos que sea demasiado lejos ".
Los coautores del artículo son los becarios postdoctorales de Rice Juan Tang, Lushun Wang y Zeru Tian, el estudiante de pregrado Adam Cardenas y el académico invitado Xinlei Fang, y Abhishek Chatterjee, profesor asistente de química en Boston College. Xiao es el Norman Hackerman-Welch Young Investigator y profesor asistente de química.
El Instituto de Investigación y Prevención del Cáncer de Texas, la Fundación Robert A. Welch, un Premio de Investigación Colaborativa de la Fundación John S. Dunn y un Premio a la Innovación Hamill apoyaron la investigación.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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