Tämä edistysaskel, joka julkaistiin lehdessä Nature, kuvaa geneettisesti uudelleen koodatun organismi (GRO) luomista nimeltä 'Ochre'. Tämä organismi käyttää vain yhtä lopetuskodonia, mikä mahdollistaa synteettisten proteiinien tuottamisen, joilla on innovatiivisia ominaisuuksia. Nämä proteiinit voisivat mullistaa bioterapian ja biomateriaalit.
Tutkijat ovat tiivistäneet redundanteja kodoneita yhdeksi, vapauttaen näin kodoneita uusille toiminnoille. Tämä saavutus perustuu yli 1 000 tarkkaan geneettiseen muokkaukseen, mikä on ennennäkemätön saavutus genomiteknologiassa.
Tutkimuksen yhteisautorina toimivat Farren Isaacs ja Jesse Rinehart korostavat tämän teknologisen alustan merkitystä. Se mahdollistaa paitsi geneettisten koodien muunneltavuuden tutkimisen myös teollisten sovellusten kehittämisen, jotka ovat hyödyllisiä yhteiskunnalle.
Tutkimuksen pääkirjoittaja Michael Grome vertaa kodoneita sanoihin geneettisessä reseptissä. Poistamalla kaksi kolmesta lopetuskodonista tutkijat pystyivät antamaan uusia toimintoja näille kodoneille, mikä mahdollistaa ei-standardien aminohappojen sisällyttämisen proteiineihin.
Tämä tutkimus perustuu aikaisempiin töihin, jotka julkaistiin Science-lehdessä vuonna 2013. Se edustaa merkittävää edistystä kohti ei-redundantin geneettisen koodin luomista E. colissa, joka on ihanteellinen organismi synteettisten proteiinien tuotannolle.
Tämän teknologian potentiaaliset sovellukset ovat laajat, aina ei-toivottujen immuunivasteiden vähentämisestä biomateriaalien sähkönjohtavuuden parantamiseen. Isaacs ja Rinehart tekevät yhteistyötä Pear Bion kanssa, joka on Yalen spin-off, kaupallistaakseen näitä ohjelmoitavia biologisia tuotteita.
Tämä tutkimus merkitsee käännekohtaa kyvyssämme manipuloida geneettistä koodia lääketieteellisiin ja teollisiin sovelluksiin. Se avaa tietä uudelle bioterapioiden ja biomateriaalien sukupolvelle, jolla on syviä vaikutuksia ihmisten terveyteen ja bioteknologiaan.
Mitkä ovat kodonit ja miten ne toimivat?
Kodon on kolmen nukleotidin sekvenssi DNA:ssa tai RNA:ssa, joka koodaa tiettyä aminohappoa ja toimii proteiinien rakennuspalikkana. Eri kodoneita on 64, joista 61 koodaa 20 luonnollista aminohappoa, ja kolme toimii lopetuskodoneina, jotka merkitsevät proteiinisynteesin loppua.Kodonit toimivat ohjeina käännösprosessissa, jossa geneettinen informaatio muutetaan proteiineiksi. Jokainen kodon vastaa tiettyä aminohappoa, ja kodonien järjestys geenissä määrittää aminohappojen järjestyksen syntyvissä proteiineissa.
Geneettisen koodin redundanssi tarkoittaa, että useat kodonit voivat koodata samaa aminohappoa. Tämä redundanssi tarjoaa tiettyä joustavuutta ja kestävyyttä geneettiselle koodille, mahdollistaen hiljaiset mutaatiot, jotka eivät muuta proteiinin aminohapposekvenssiä.
Tässä tutkimuksessa tutkijat hyödyntivät tätä redundanssia uudelleenkoodatakseen organismien genomin, tiivistämällä redundanteja kodoneita yhdeksi ja uudelleen kohdistamalla vapautetut kodonit uusiin toimintoihin, kuten ei-standardien aminohappojen sisällyttämiseen proteiineihin.
Mitkä ovat synteettisten proteiinien mahdolliset sovellukset?
Synteettiset proteiinit, joita tuotetaan geneettisesti uudelleen koodatuilla organismeilla kuten 'Ochre', avaavat tietä monille sovelluksille lääketieteessä ja bioteknologiassa. Nämä proteiinit voidaan suunnitella omaamaan ainutlaatuisia ominaisuuksia.Lääketieteellisessä kentässä synteettisiä proteiineja voitaisiin käyttää uusien biologisten lääkkeiden kehittämiseen, joilla on vähäisemmät haittavaikutukset. Esimerkiksi sisällyttämällä ei-standardisia aminohappoja tutkijat voivat luoda proteiineja, jotka ovat vähemmän alttiita aiheuttamaan ei-toivottua immuunivastetta potilailla.
Teollisuudessa synteettisiä proteiineja voitaisiin käyttää biomateriaalien luomiseen, joilla on parannettuja ominaisuuksia, kuten parempi sähkönjohtavuus tai lisääntynyt kestävyys. Näillä materiaaleilla voisi olla sovelluksia eri aloilla, aina elektroniikasta rakentamiseen.
Lopuksi tätä teknologiaa voitaisiin myös käyttää tutkimaan perustavanlaatuisia kysymyksiä biologiassa, kuten geneettisen koodin muunneltavuutta ja elämän rajoja sellaisena kuin me sen tunnemme. Rajoja ylittämällä tutkijat voisivat löytää uusia polkuja proteiinisynteesiin ja organismien suunnitteluun.