Home Salud Los investigadores complementan el conjunto de herramientas de biología sintética para agilizar las investigaciones sobre la expansión del código genético

Los investigadores complementan el conjunto de herramientas de biología sintética para agilizar las investigaciones sobre la expansión del código genético

by notiulti

Uno de los objetivos más ambiciosos de los biólogos modernos es aprender a expandir o modificar el código genético de la vida en la Tierra para crear nuevas formas de vida artificiales.

Parte de la motivación de esta investigación de “biología sintética” es comprender más sobre la evolución y la lógica de la biología natural que hemos heredado. Pero también hay una motivación muy práctica: las células pueden usarse como fábricas eficientes para producir una amplia gama de moléculas útiles, especialmente terapias basadas en proteínas, que representan una proporción cada vez mayor de nuevos medicamentos. Las células que trabajan con un código genético ampliado podrían producir un conjunto mucho más diverso de dichos medicamentos y podrían hacerlo de una manera que simplificara en gran medida el proceso general de desarrollo y fabricación de los mismos.

La realización del gran objetivo de una biología sintética útil y funcional aún faltan algunos años. Pero en un estudio publicado esta semana en Comunicaciones de la naturaleza, los científicos han dado un paso significativo hacia él, al desarrollar y demostrar componentes clave de un sistema de código genético ampliado.

Hemos complementado el conjunto de herramientas de biología sintética para agilizar las investigaciones sobre la expansión del código genético.. “

Ahmed Badran, PhD, autor principal del estudio y profesor asistente, Departamento de Química, Instituto de Investigación Scripps

Las células utilizan el código genético natural que subyace a la vida en la Tierra para traducir la información contenida en el ADN y el ARN en los componentes básicos de aminoácidos de las proteínas. Las moléculas de ADN y ARN son moléculas en forma de cadena que codifican información utilizando un “alfabeto” de cuatro bloques de construcción de nucleótidos, o “letras”. Las moléculas llamadas ARN de transferencia (ARNt) decodifican esta información reconociendo tres letras a la vez, traduciendo cada “codón” de tres letras en un bloque de construcción de un solo aminoácido de una proteína. Este sistema de triplete de codones, en principio, puede codificar 64 aminoácidos diferentes (43) -; sin embargo, normalmente solo se utilizan 20 aminoácidos en la mayoría de los organismos.

Por el contrario, el sistema cuádruple previsto, basado en codones de cuatro letras, podría codificar 256 (44) aminoácidos distintos. Obviamente, la mayoría de ellas no existirían en las proteínas naturales, aunque algunas podrían ser ligeras variaciones en los aminoácidos naturales, lo que permitiría fabricar proteínas con características mucho más afinadas, por ejemplo para optimizar su eficacia y seguridad como medicamentos.

El enorme desafío aquí proviene del hecho de que el sistema de traducción de gen a proteína es complejo en el que múltiples componentes deben trabajar juntos sin problemas. El sistema que existe en los organismos vivos de la Tierra supuestamente tardó muchos millones de años en evolucionar a sus niveles actuales de precisión y eficiencia. Los esfuerzos anteriores para diseñar sistemas completamente nuevos, incluidos los sistemas de codones cuádruples, han demostrado ser prometedores en los últimos años.

En el nuevo estudio, Badran y su equipo utilizaron una técnica evolutiva de supervivencia del más apto llamada evolución dirigida para desarrollar un pequeño conjunto de ARNt que, en principio, podrían funcionar en un sistema cuatrillizo. Los científicos demostraron que estos ARNt cuádruples podrían usarse para traducir segmentos de una proteína dentro de las células bacterianas. Pudieron traducir seis codones cuádruples idénticos uno tras otro, e incluso traducir cuatro codones cuádruples muy diferentes en la misma proteína; y pudieron hacerlo con eficiencias que están por primera vez a una distancia sorprendente de lo que se necesitaría para un funcional sistema cuatrillizo.

Badran enfatiza que aunque un sistema de código cuádruple aún se encuentra en la etapa inicial de desarrollo de métodos, debería ser muy útil si se puede hacer funcionar; especialmente para permitir la síntesis directa de proteínas con aminoácidos “no canónicos”. ácidos que no se encuentran naturalmente en las proteínas. Tales ncAA, como se les llama, podrían usarse para dar a las proteínas nuevas propiedades biológicas, incluida la provisión de “mangos” convenientes y seguros en una proteína; para la colocación de modificaciones químicas para mejorar las propiedades terapéuticas de la proteína, por ejemplo, o para la unión de una “ojiva” tóxica a un fármaco contra el cáncer que se dirige al tumor.

“Teóricamente se podría programar una secuencia de ADN que se traduciría, en una célula viva, en una proteína que contiene un conjunto complejo de modificaciones; modificaciones que de otro modo serían difíciles o imposibles de agregar”, dice Badran.

Badran, quien se unió a Scripps Research a principios de este año, trabajó en el Instituto Broad del MIT y Harvard durante el estudio.

Fuente:

Referencia de la revista:

DeBenedictis, EA et al. (2021) Supresión múltiple de cuatro codones cuatrillizos a través de la evolución dirigida por tRNA. Comunicaciones de la naturaleza. doi.org/10.1038/s41467-021-25948-y.

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