Un equipo dirigido por la Universidad Northwestern ha desarrollado una nueva forma de fabricar proteínas fuera de una célula que podría tener implicaciones importantes en terapéutica y biomateriales.
El avance podría posibilitar procesos descentralizados de fabricación y distribución de productos terapéuticos de proteínas que podrían, en el futuro, promover un mejor acceso a medicamentos costosos en todo el mundo.
El equipo se propuso mejorar la calidad de las proteínas fabricadas in vitro, o fuera de una célula, y encontró el éxito en varios frentes.
"Desarrollamos un sistema de síntesis de proteínas libres de células bacterianas que es capaz de expresión de alto nivel de proteínas puras que contienen múltiples aminoácidos no canónicos", dijo Michael Jewett, profesor asociado de ingeniería química y biológica en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern."Esto es importante porque nos permite expandir el rango de la química codificada genéticamente incorporada a las proteínas de formas previamente inalcanzables".
El equipo, que reunió a investigadores de Northwestern, la Universidad de Yale y el Instituto de Tecnología de Illinois, informó su trabajo en la revista Comunicaciones de la naturaleza el 23 de marzo
La producción de proteínas desempeña un papel fundamental en la medicina, las biotecnologías y las ciencias de la vida. La producción de proteínas recombinantes, por ejemplo, ha transformado la vida de millones de personas a través de la síntesis de productos biofarmacéuticos, como la insulina, y enzimas industriales, como los utilizados en la lavandería.detergentes. Convencionalmente, la producción de proteínas se ha logrado en células vivas en grandes instalaciones de fabricación centralizadas.
"Alternativamente, lo que hace la síntesis de proteínas sin células es tomar la célula, arrancar la pared celular y recolectar los intestinos de la célula. Luego usamos esto para hacer una proteína sin un organismo vivo e intacto", dijo Jewett,quien también es codirector del Centro de Biología Sintética de Northwestern. "Puedes imaginar que tomé un auto y abrí el capó y saqué el motor y lo puse aquí en mi camino de entrada. Ahora puedo usarlo para hacer otra cosa"
Sin la preocupación de tratar de mantener viva una célula, este proceso abre muchas posibilidades, incluida la síntesis de nuevas clases de enzimas, terapias, materiales y productos químicos con diversa química. Una célula viva puede negarse cuando se le pide que haga algo.no ha visto en su biología evolutiva, no es así para una plataforma de síntesis de proteínas sin células CFPS.
El problema hasta este momento, sin embargo, ha sido que los esfuerzos para utilizar los sistemas CFPS para expandir múltiples aminoácidos no canónicos se han visto limitados por la competencia con la maquinaria natural que termina la síntesis de proteínas. Como resultado, la fabricación de proteínas que albergan diversas químicascon alta pureza y rendimiento ha presentado un desafío formidable.
Pero Jewett y el equipo produjeron los mayores rendimientos de proteínas con aminoácidos no canónicos reportados para sistemas in vitro, lo que sugiere que las aplicaciones comerciales a largo plazo para CFPS podrían ser realistas.
Jewett atribuyó el avance a dos elementos. El primero fue la idea de usar un organismo genómicamente recodificado de la bacteria Escherichia coli que carecía del factor de liberación 1.
"Esto es importante porque nos proporcionó un canal de codificación abierto para incorporar nueva química", dijo. "Intentar desarrollar una síntesis de proteína libre de células a partir de esa cepa nunca se había hecho antes".
El segundo elemento vino por cortesía del estudiante de Jewett, Rey Martin, el autor principal del artículo.
Jewett dijo que cuando intentaron usar la cepa por primera vez, no pudieron producir suficiente proteína.
"Lo que hizo mi alumno Rey en una estrategia muy innovadora fue encontrar genes en el cromosoma de ese organismo que pensábamos que estaban afectando negativamente nuestra capacidad de producir proteínas", dijo Jewett. "Los inactivó funcionalmente para permitir una mayor proteína libre de células"rendimientos de síntesis "
Jewett dijo que Martin no se detuvo allí.
"Rey optimizó el entorno libre de células para permitir la incorporación de múltiples aminoácidos no canónicos idénticos", dijo Jewett. Antes de que los investigadores hubieran usado solo una o unas pocas instancias, dijo que su equipo pudo incorporar hasta 40, sitio específicamente sin productos de truncamiento observables.
"Lo que eso significa es que realmente podemos cambiar fundamentalmente las propiedades de los polímeros de proteínas de maneras únicas y nuevas", dijo Jewett. "Y usted puede preguntar, 'bueno, ¿qué va a hacer con eso?' Desde una perspectiva de investigación,no hemos tenido esta capacidad exacta antes, por lo que ni siquiera hemos podido hacer la pregunta "
Jewett imagina aplicaciones no solo con medicamentos sino también con biomateriales para sistemas de administración de medicamentos, materiales médicos como suturas quirúrgicas y biopolímeros funcionalizados.
"Lo especial de esta plataforma es que ya se está utilizando en muchas otras áreas de proyecto en el laboratorio", dijo Jewett. "Tiene el potencial de abrir un área completamente nueva de investigación de química de materiales para biotecnología y, en términos más generales, podría permitir nuevos paradigmas de biomanufactura a pedido de vacunas y terapias ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad del Noroeste . Original escrito por Stephan Benzkofer. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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