Бактерии способные синтезировать неестественную аминокислоту

Ученые создали бактерии для производства pN-Phe, нестандартной аминокислоты, которая может применяться в медицине. Будущая работа позволит оптимизировать этот процесс и изучить его потенциал в вакцинах и иммунотерапии.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Chemical Biology, закладывают основу для будущей разработки уникальных вакцин и иммунотерапии.

Роль амонокислот

Аминокислоты служат основными элементами белков, жизненно важными для оптимального функционирования биологических структур. Белки всех форм жизни состоят из 20 основных аминокислот. Тем не менее, природа предлагает впечатляющее разнообразие более чем 500 различных аминокислот. Кроме того, благодаря человеческой изобретательности было создано множество синтетических аминокислот. Эти альтернативные аминокислоты перспективны для разработки инновационных фармацевтических препаратов и терапевтических методов лечения.

Теперь исследователи Университета Делавэра в лаборатории Адитьи Кунджапура, доцента кафедры химической и биомолекулярной инженерии Инженерного колледжа, создали бактерии для синтеза аминокислоты, содержащей редкую функциональную группу, которая, как показали другие исследования, имеет значение для регуляции нашей иммунной системы.

Исследователи также научили один бактериальный штамм создавать аминокислоту и размещать ее в определенных местах внутри белков-мишеней. Эти результаты, опубликованные в журнале Nature Chemical Biology , закладывают основу для разработки уникальных вакцин и иммунотерапии в будущем.

Лаборатория Кунджапура использует инструменты синтетической биологии и генной инженерии для создания микроорганизмов, способных синтезировать различные типы соединений и молекул, особенно с функциональными группами или свойствами, которые мало представлены в природе.

Пара-нитро-L-фенилаланине (pN-Phe)

В этом исследовании ученые сосредоточились на пара-нитро-L-фенилаланине (pN-Phe), нестандартной аминокислоте, которая не входит ни в одну из двадцати стандартных аминокислот и не встречается в природе. Другие исследовательские группы использовали pN-Phe в качестве инструмента для стимулирования реакции иммунной системы на белки, которые она обычно игнорирует.

• «Нитрохимическая функциональная группа обладает ценными свойствами и недостаточно изучена людьми, которые пытаются перепрограммировать метаболизм», — сказал Кунджапур.
• «У pN-Phe также есть хорошая история в литературе — его можно добавить к белку мыши, доставить обратно мышам, и иммунная система больше не будет терпеть исходную версию этого белка. Эта способность обещает лечение или профилактику заболеваний, вызванных белками-изгоями, которые иммунная система изо всех сил пытается зафиксировать».

Методы расширения генетического кода позволили исследователям увеличить «алфавит» доступных аминокислот, закодированных ДНК. Объединив методы метаболической инженерии с расширением генетического кода, исследователи смогли создать систему, которая автономно производит нитрованные белки.

• «Из-за химии нитрофункциональных групп аминокислота, которую мы выбрали в качестве нашей цели для этого проекта, была нетрадиционной, и многие ученые в нашей области, возможно, не ожидали, что ее можно будет получить с помощью биосинтеза», — сказал Кунджапур.

Следующим шагом в этом исследовании является оптимизация их методов для синтеза большего количества нитрованных белков и распространение этой работы на другие микроорганизмы.

Долгосрочная цель состоит в том, чтобы дополнительно усовершенствовать эту платформу для приложений, связанных с вакцинами или иммунотерапией, усилия, которые поддерживаются премией Айше Лангера Куньяпура 2021 года и премией нового новатора Национального института здравоохранения 2022 года. Для дальнейшей поддержки этой долгосрочной цели Кунджапур и Нил Батлер, докторант и первый автор этой статьи, стали соучредителями Nitro Biosciences.

• «Я думаю, последствия интересны тем, что вы можете взять центральный метаболизм бактерии, ее способность производить различные соединения, и с помощью нескольких модификаций вы сможете расширить ее химический репертуар», — сказал Батлер.
• «Нитрофункциональность редко встречается в биологии и отсутствует в стандартных 20 аминокислотах, но мы показали, что бактериальный метаболизм достаточно податлив, чтобы его можно было перепрограммировать для создания и интеграции этой функциональности».

Кунджапур добавил:

• «Бактерии являются потенциально полезными средствами доставки лекарств. Мы думаем, что создали инструмент, который может использовать способность бактерий производить целевые антигены в организме и использовать способность нитрования одновременно проливать свет на эти антигены».

Источник

Метки: Аминокислота