Ученые усовершенствовали генетический код. Биологи смогли добиться синтеза белка не из 20, а из 23 аминокислот, что открывает совершенно новые возможности.
Исследователи из института молекулярной биологии (входит в состав институтов Макса Планка, Германия) смогли расширить генетический «алфавит». Если у всех живых организмов каждые три нуклеотида ДНК или РНК кодируют одну аминокислоту из 20, то модифицированная учеными бактерия кишечной палочки использовала те же три нуклеотида для кодирования одной аминокислоты из 23. Иными словами, клетка получила возможность синтезировать белки, не имеющие аналогов ни у одного земного организма. Причем, что необходимо подчеркнуть особо, речь идет сразу о трех дополнительных аминокислотах, такого результата пока не удавалось достичь никому.
Если пытаться найти аналогии вне молекулярной биологии, то это равносильно тому, как если бы инженеры внезапно получили бы возможность кроме набора из 20 сплавов использовать еще несколько сотен разных других сортов. Какие-то из них, безусловно, могут оказаться довольно неинтересными с практической точки зрения, но иные, вполне возможно, сами по себе произведут настоящую революцию. Зеленый флуоресцентный белок, белковые ферменты, разрезающие ДНК в заданном месте, инсулин— вот примеры известных ученым молекул, каждая из которых серьезно повлияла на современную науку или медицину.
Возможность строить белки, комбинируя сотни аминокислот может таить в себе фантастические возможности— особенно в сочетании с уже осуществленным синтезом ДНК, «искусственной жизнью». Бактерии, вырабатывающие топливо за счет энергии солнечного света, трансгенные растения, способные расти на солончаках, бактериальный синтез совершенно новых лекарств по низким ценам— лишь часть потенциальных перспектив, открывающихся перед биотехнологией.
Как это работает?
Каким образом ученым удалось расширить генетический код? За счет его изначальной избыточности. Нуклеотиды могут быть одного из четырех типов, следовательно из трех нуклеотидов можно собрать 4х4х4 = 64 комбинации, что очевидно намного больше 20 аминокислот и одного так называемого стоп-кодона, сигнализирующего о необходимости прервать синтез белка.
Когда идет синтез белка, на основе ДНК сначала синтезируется другая молекула, РНК, рибонуклеиновая кислота со «слепком» кодирующего белок гена. РНК перемещается на специальное образование, рибосому, и там-то на ее матрице (а в итоге в соответствии с фрагментом ДНК) собирается из аминокислот белок.
Причем аминокислоты далеко не сами по себе налипают на растущую белковую молекулу именно в том порядке, который прописан в гене. Аминокислоты к рибосоме подтаскивают так называемые транспортные РНК (тРНК, чтобы не путать с РНК, несущей генетическую информацию), специальные молекулы, способные сопоставлять участки РНК с той или иной аминокислотой.
Молекулы тРНК подобны грузчикам, подносящим аминокислоты к рибосоме и перед ее присоединением к белку смотрящим на метку. Указано «аргинин», в молекуле РНК есть соответствующий код AGG— значит, можно присоединять этот самый аргинин, если написано что-то другое— значит, надо ждать нужного фрагмента.
Где почитать?
Для имеющих доступ к научному журналу Angewandte Chemie мы дадим ссылку на саму статью исследователей— In Vivo Double and Triple Labeling of Proteins Using Synthetic Amino Acids.
Ключевой для понимания технологии расширения генетического кода момент— то, что «молекулярные грузчики» имеют свою специализацию. Одни тРНК переносят только аргинин, другие – только лейцин и так далее. И к 20 возможным тРНК можно добавить еще несколько— настроенных на другие метки. Если вспомнить аналогию с инженерами, получившими возможность вместо нескольких стандартных сплавов использовать полный набор металлов, тРНК можно будет сравнить с поставщиками нестандартных сортов стали, которые готовы предоставить свою продукцию.
Используя дополнительные тройки нуклеотидов в ДНК можно закодировать большее число аминокислот, а, добавив нестандартные тРНК, можно и добиться того, чтобы новые внутриклеточные чертежи позволяли собирать новые белки.
Исследователи из института молекулярной биологии (входит в состав институтов Макса Планка, Германия) смогли расширить генетический «алфавит». Если у всех живых организмов каждые три нуклеотида ДНК или РНК кодируют одну аминокислоту из 20, то модифицированная учеными бактерия кишечной палочки использовала те же три нуклеотида для кодирования одной аминокислоты из 23. Иными словами, клетка получила возможность синтезировать белки, не имеющие аналогов ни у одного земного организма. Причем, что необходимо подчеркнуть особо, речь идет сразу о трех дополнительных аминокислотах, такого результата пока не удавалось достичь никому.
Если пытаться найти аналогии вне молекулярной биологии, то это равносильно тому, как если бы инженеры внезапно получили бы возможность кроме набора из 20 сплавов использовать еще несколько сотен разных других сортов. Какие-то из них, безусловно, могут оказаться довольно неинтересными с практической точки зрения, но иные, вполне возможно, сами по себе произведут настоящую революцию. Зеленый флуоресцентный белок, белковые ферменты, разрезающие ДНК в заданном месте, инсулин— вот примеры известных ученым молекул, каждая из которых серьезно повлияла на современную науку или медицину.
Возможность строить белки, комбинируя сотни аминокислот может таить в себе фантастические возможности— особенно в сочетании с уже осуществленным синтезом ДНК, «искусственной жизнью». Бактерии, вырабатывающие топливо за счет энергии солнечного света, трансгенные растения, способные расти на солончаках, бактериальный синтез совершенно новых лекарств по низким ценам— лишь часть потенциальных перспектив, открывающихся перед биотехнологией.
Как это работает?
Каким образом ученым удалось расширить генетический код? За счет его изначальной избыточности. Нуклеотиды могут быть одного из четырех типов, следовательно из трех нуклеотидов можно собрать 4х4х4 = 64 комбинации, что очевидно намного больше 20 аминокислот и одного так называемого стоп-кодона, сигнализирующего о необходимости прервать синтез белка.
Когда идет синтез белка, на основе ДНК сначала синтезируется другая молекула, РНК, рибонуклеиновая кислота со «слепком» кодирующего белок гена. РНК перемещается на специальное образование, рибосому, и там-то на ее матрице (а в итоге в соответствии с фрагментом ДНК) собирается из аминокислот белок.
Причем аминокислоты далеко не сами по себе налипают на растущую белковую молекулу именно в том порядке, который прописан в гене. Аминокислоты к рибосоме подтаскивают так называемые транспортные РНК (тРНК, чтобы не путать с РНК, несущей генетическую информацию), специальные молекулы, способные сопоставлять участки РНК с той или иной аминокислотой.
Молекулы тРНК подобны грузчикам, подносящим аминокислоты к рибосоме и перед ее присоединением к белку смотрящим на метку. Указано «аргинин», в молекуле РНК есть соответствующий код AGG— значит, можно присоединять этот самый аргинин, если написано что-то другое— значит, надо ждать нужного фрагмента.
Где почитать?
Для имеющих доступ к научному журналу Angewandte Chemie мы дадим ссылку на саму статью исследователей— In Vivo Double and Triple Labeling of Proteins Using Synthetic Amino Acids.
Ключевой для понимания технологии расширения генетического кода момент— то, что «молекулярные грузчики» имеют свою специализацию. Одни тРНК переносят только аргинин, другие – только лейцин и так далее. И к 20 возможным тРНК можно добавить еще несколько— настроенных на другие метки. Если вспомнить аналогию с инженерами, получившими возможность вместо нескольких стандартных сплавов использовать полный набор металлов, тРНК можно будет сравнить с поставщиками нестандартных сортов стали, которые готовы предоставить свою продукцию.
Используя дополнительные тройки нуклеотидов в ДНК можно закодировать большее число аминокислот, а, добавив нестандартные тРНК, можно и добиться того, чтобы новые внутриклеточные чертежи позволяли собирать новые белки.
Обсуждения Флуоресцентные белки