Η συνθετική βιολογία και η γενετική μηχανική ένωσαν τις δυνάμεις τους και δημιούργησαν βακτήρια που είναι ικανά να συνθέσουν ένα αμινοξύ. Αυτό ανοίγει τον δρόμο για εμβόλια και ανοσοθεραπείες στο μέλλον.
Τα αμινοξέα χρησιμεύουν ως βασικά στοιχεία των πρωτεϊνών, τα οποία είναι σημαντικά για τη βέλτιστη λειτουργία των βιολογικών δομών. Οι πρωτεΐνες σε όλες τις μορφές ζωής αποτελούνται από 20 βασικά αμινοξέα. Ωστόσο, η Φύση προσφέρει μια εντυπωσιακή ποικιλία με από πάνω από 500 διακριτά αμινοξέα. Επιπλέον, μια πληθώρα συνθετικών αμινοξέων έχει δημιουργηθεί από ερευνητές. Αυτά τα εναλλακτικά αμινοξέα υπόσχονται την ανάπτυξη καινοτόμων φαρμακευτικών θεραπειών.
Ερευνητές του Πανεπιστημίου του Ντέλαγουερ στο εργαστήριο του Aditya Kunjapur, επίκουρου καθηγητή στο Τμήμα Χημικής και Βιομοριακής Μηχανικής του Κολλεγίου Μηχανικών, κατασκεύασαν βακτήρια για να συνθέσουν ένα αμινοξύ που έχει επιπτώσεις στη ρύθμιση του ανοσοποιητικού μας συστήματος.
Οι ερευνητές «εκπαίδευσαν» επίσης ένα μόνο βακτηριακό στέλεχος για να δημιουργήσει το αμινοξύ και να το τοποθετήσει σε συγκεκριμένα σημεία εντός των πρωτεϊνών-στόχων. Αυτά τα ευρήματα, δημοσιεύτηκαν στο Nature Chemical Biology, και παρέχουν τη βάση για την ανάπτυξη μοναδικών εμβολίων και ανοσοθεραπειών στο μέλλον.
Εργαλεία αιχμής
Το εργαστήριο Kunjapur χρησιμοποιεί εργαλεία από τη συνθετική βιολογία και τη γενετική μηχανική για να δημιουργήσει μικροοργανισμούς που μπορούν να συνθέσουν διαφορετικούς τύπους ενώσεων και μορίων, ειδικά εκείνων με λειτουργικές ομάδες ή ιδιότητες που δεν αντιπροσωπεύονται επαρκώς στη Φύση.
Οι ερευνητές εστίασαν στην παρα-νιτρο-L-φαινυλαλανίνη (pN-Phe), ένα μη τυποποιημένο αμινοξύ που δεν είναι ούτε ένα από τα είκοσι τυπικά αμινοξέα ούτε έχει παρατηρηθεί στη Φύση. Άλλες ερευνητικές ομάδες έχουν χρησιμοποιήσει το pN-Phe ως εργαλείο για να αντιδρά το ανοσοποιητικό σύστημα σε πρωτεΐνες που συνήθως αγνοεί.
«Το pN-Phe έχει μια ωραία ιστορία στη βιβλιογραφία: μπορεί να προστεθεί σε μια πρωτεΐνη ποντικιού, να τοποθετηθεί στα ποντίκια και το ανοσοποιητικό σύστημα δεν θα ανέχεται πλέον την αρχική έκδοση αυτής της πρωτεΐνης. Αυτή η ικανότητα υπόσχεται τη θεραπεία ή την πρόληψη ασθενειών που προκαλούνται από πρωτεΐνες που το ανοσοποιητικό σύστημα αγωνίζεται να σταματήσει τη λειτουργία τους», λένει οι ερευνητές.
Οι μέθοδοι επέκτασης του γενετικού κώδικα επέτρεψαν στους ερευνητές να αυξήσουν το «αλφάβητο» των διαθέσιμων αμινοξέων που κωδικοποιούνται από το DNA. Συνδυάζοντας τεχνικές μεταβολικής μηχανικής με επέκταση γενετικού κώδικα, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν ένα σύστημα που παράγει αυτόνομα νιτρωμένες πρωτεΐνες.
Το επόμενο βήμα είναι να βελτιστοποιήσουν τις μεθόδους τους για τη σύνθεση υψηλότερων ποσοτήτων νιτρωμένων πρωτεϊνών και να επεκτείνουν τη μελέτη και σε άλλους μικροοργανισμούς. Ο μακροπρόθεσμος στόχος είναι να βελτιωθεί περαιτέρω αυτή η πλατφόρμα για εφαρμογές που σχετίζονται με εμβόλια ή ανοσοθεραπείες.
«Νομίζω ότι οι συνέπειες είναι ενδιαφέρουσες, καθώς μπορείτε να πάρετε τον κεντρικό μεταβολισμό ενός βακτηρίου, την ικανότητά του να παράγει διαφορετικές ενώσεις και με μερικές τροποποιήσεις να επεκτείνετε το χημικό του ρεπερτόριο», είπε ο Μπάτλερ. «Η λειτουργικότητα nitro είναι σπάνια στη βιολογία και απουσιάζει από τα τυπικά 20 αμινοξέα, αλλά δείξαμε ότι ο βακτηριακός μεταβολισμός είναι αρκετά εύπλαστος ώστε να μπορεί να συνδεθεί εκ νέου για να δημιουργηθεί και να ενσωματωθεί αυτή η λειτουργικότητα».
Ο Kunjapur πρόσθεσε «Τα βακτήρια είναι δυνητικά χρήσιμα οχήματα μεταφοράς φαρμάκων. Πιστεύουμε ότι έχουμε δημιουργήσει ένα εργαλείο που θα μπορούσε να αξιοποιήσει την ικανότητα των βακτηρίων να παράγουν αντιγόνα-στόχους μέσα στο σώμα και να εκμεταλλευτούν την ικανότητα της νίτρωσης για να ρίξει φως σε αυτά τα αντιγόνα ταυτόχρονα».
Πηγή
«A platform for distributed production of synthetic nitrated proteins in live bacteria» από τους Neil D. Butler, Sabyasachi Sen, Lucas B. Brown, Minwei Lin και Aditya M. Kunjapur, Nature Chemical Biology.