细菌使用非天然的DNA构建非天然的蛋白质

生命的能力使用替代生物化学特性研究人员日前在美国,首次表明,主力的细菌大肠杆菌还可以使用非天然的碱基对的DNA蛋白质含有非天然的氨基酸。¹

而复制的DNA含有非天然的碱基对之前已经报道的,这是第一次,他们提供增加的信息被用于活细胞。

它提出了一个可能性,其他星球上的生命可能不像我们使用相同的生化基础。

“长期以来人们一直认为,生命的分子是某种特殊和不同于其他类型的分子,”说弗洛伊德Romesberg拉霍亚的斯克里普斯研究所的美国。我们已经表明,这可能不是真的。我们人为的一部分,不自然的碱基对,函数在最中央的生物过程:信息的存储和检索。

工作也是一个一步创建与全新的药物和生物功能。真正驱使我们的直接目标是使用半合成生物创建新类的蛋白质药物,”Romesberg说。蛋白质药物医学带来了革命性的变化,但他们的属性,因此他们可以开发治疗的疾病,必须在某些方面是有限的,它们是由什么组成的。他希望他的方法可以扩大曲目。

翻译的任务

Romesberg和其他组织的早期研究表明,非天然的碱基对可以插入生物体的DNA,但使用它们来读写遗传信息是另一回事。基因翻译成蛋白质通过信使核糖核酸(mRNA)和转移核糖核酸(tRNA),在多酶称为核糖体蛋白一起连接氨基酸由tRNA成蛋白质。

每个氨基酸都是由不同的tRNA,代码被匹配宣读three-nucleotide密码子的mRNA tRNA上互补的反密码子。所以,读出的信息一个非天然的核苷酸,互补的合作伙伴必须纳入mRNA和tRNA核糖体和功能。这就是Romesberg和他的同事们已经实现。

尤其值得注意他们的替代核酸化学是他们的新碱基对不是连接在一起,就像正常的DNA碱基,氢键。相反,它包含了庞大的有机杂环组坚持彼此互相吸引在水中的疏水单元。斯克里普斯集团已表明,细菌tRNA工程有一个反密码子与非天然的对一个组件可以识别并坚持互补密码子mRNA转录从相应的基因DNA质粒添加到细胞内。

一个至关重要的技巧是使用tRNA-loading酶不敏感,他们的非天然的反密码子,等大肠杆菌tRNA合成酶加载tRNA与氨基酸丝氨酸。研究人员第一次使用这个系统插入丝氨酸在标准位置蛋白质-绿色荧光蛋白(GFP)编码的非天然的碱基对。

然后他们有更加雄心勃勃,使用相同的方法将非天然的氨基酸插入蛋白质。首先他们取代serine-tRNA合成酶的基因与一个使酶用于不同的微生物,甲烷八叠球菌属巴氏细菌,它使用一种罕见的氨基酸pyrrolysine。研究人员利用这个tRNA合成酶添加非天然的pyrrolysine导数GFP。作为进一步的扩大了氨基酸字母,他们还使用了一个从太古代tRNA合成酶产甲烷球菌属jannaschiiGFP包含明显的氨基酸p-azido-phenylalanine。

真正驱使我们的直接目标是使用半合成的生物来创建新类的蛋白质药物

弗洛伊德Romesberg,斯克里普斯研究所

这个系统极大地推动了信息的数量,可以基因编码。不自然的碱基对使可用152个密码子,Romesberg的斯克里普斯的同事张约克说。随着我们继续发展它,同时它可以用来有效地直接加入尽可能多的非自然氨基酸你喜欢,”他说。这个团队现在正努力证明同时插入四个不同的非天然氨基酸的蛋白质。

”这是一个重要的步骤在技术发展与非天然的氨基酸,蛋白质的表达的评论埃里克·库尔斯坦福大学在美国,世卫组织还致力于扩大遗传密码。如果这项技术最终使蛋白质的高效表达与多个非自然氨基酸,它可能是非常重要的未来的蛋白质疗法和生物技术。