На нашей планете миллионы видов организмов всех размеров и форм. И все это возможно благодаря всего лишь 20 аминокислотам, из которых все эти организмы кодируют белки - кирпичики жизни. Бактерии могут использовать еще 2 редкие аминокислоты. То есть всего 22 аминокислоты позволяют светиться в темноте (здесь я про бактерий), пользоваться эхолокацией (здесь про летучих мышей), летать со скоростью почти 400 км/ч (здесь я про птицу сапсан), создавать ракеты (здесь я про обезьян) и делать кучу еще вещей. Эти кислоты именуют альфа-аминокислотами из-за их химического строения. Самый дешевый способ получить белок — это создать его в живых клетках, используя клетки как заводы для производства. Чтобы заставить клетку производить нужный тип белка, необходимо внедрить в ДНК нужную кодирующую аминокислоты последовательность в геном клетки. Самые популярные рабочие лошадки — это бактерии и дрожжи. Но и другие типы клеток используются.
Кроме внедрения нужного гена, нужно выполнить еще два ключевых шага: доставить аминокислоты к рибосоме - сборщику белков в клетке, и заставить рибосому соединить их в растущий белок. Доставкой аминокислот занимаются короткие кусочки РНК, называемые транспортными РНК (тРНК). Каждая тРНК имеет трехбуквенную генетическую последовательность, которая кодирует определенную аминокислоту. Фермент, известный как аминоацил-тРНК-синтетаза (aaRS, АРСаза), присоединяет соответствующую аминокислоту к каждой тРНК. Затем загруженные тРНК попадают на рибосому, где они надеваются на длинную нить так называемой матричной (мессенджер) РНК (мРНК), которая содержит полноразмерную копию гена, подлежащего переводу в белок. Рибосома проходит по всей длине мРНК, отцепляя каждую аминокислоту от тРНК и соединяя их в растущую цепочку как бусинки.
Исследователи с удовольствием создавали бы белки из сотен экзотических аминокислот, которые не используют живые организмы. Помимо альфа-аминокислот, существуют сотни еще более экзотических аминокислот, в том числе бета- и гамма-разновидности, которые имеют уникальные изгибы и повороты в молекулярной основе. И ученые уже внедряли в белки десятки нестандартных, но все же очень похожих на альфа-аминокислоты других кислот. До сих пор химики-синтетики добавляли их в белки только в пробирках.
Рибосомы — очень своенравные лошадки и не хотят связывать экзотические аминокислоты, так как не умеют: на протяжении миллионов лет все рибосомы использовали лишь те 22 аминокислоты. Но недавно ученые смогли изменить ген фермента АРСазы, и теперь несколько версий этого белка могут связывать экзотические аминокислоты в цепочки полипептида. Они сделали это в живой клетке кишечной палочки Escherichia coli. Те же ученые из Университета Калифорнии пытаются изменить не только ферменты, но и саму рибосому, чтобы она охотнее принимала экзотические аминокислоты.
Пока им удалось получить всего четыре экзотических строительных блока. Изобретение новых белков поможет, например, в создании лекарств, которые дольше сохраняются в организме, и улучшить катализаторы для промышленности, используемые для производства всего — от продовольствия до топлива.
Источник:
doi: 10.1126/science.z1y6y48
Картинка - Midjourney
Предыдущая статья: Как пахнут бактерии?
