Новости и мнения

Одноэлементная синтетическая рибосома

Ученые строят специализированную рибосому со связанными субъединицами, которые могут транслировать дизайнерские транскрипты в бактериях.

В каждом царстве жизни рибосомы – белковые синтезирующие машины клеток – состоят из двух отдельных субъединиц. Так было в течение миллиардов лет, но теперь ученые соединили подразделения. Тем самым они открыли двери как новым открытиям в области биологии этих машин, так и возможностям для применения в синтетической биологии. Результаты опубликованы сегодня (29 июля) в журнале Nature .

«Это действительно умная статья, и в ее основе лежит огромный объем работы», – сказал молекулярный биолог Гарри Ноллер из Калифорнийского университета в Санта-Круз, который не принимал участия в работе.

«Это очень увлекательно», – добавил Фаррен Айзекс из Йельского университета, который также не принимал участия в исследовании. «Это ключевой прогресс в понимании рибосомы [функции], а также в определении пути для фундаментального изменения каталитического центра рибосомы. , , что действительно позволит вам начать вводить новые виды химии [и] производить совершенно новые классы синтетических полимеров ».

Молекулярные биологи часто переделывают механизм клеток, чтобы понять, как они работают. Но для древних машин, таких как рибосома, такая обработка не является простой, сказал Александр Мэнкин из Университета Иллинойса, Чикаго, который возглавлял исследование. «Каталитический центр рибосомы по существу неприкосновенен, потому что каждый отдельный нуклеотид настолько важен, что связываясь с ним, вы убиваете рибосому», и, следовательно, клетку, сказал он.

Но потенциальные выгоды от настройки функции рибосомы велики. Например, рибосомы могут быть изменены, чтобы производить белки из синтетических аминокислот, которые противостоят деградации. Такие белки могут быть полезны для изготовления лекарств с длительной активностью. Рибосомы могут быть даже разработаны для производства цепочек синтетических полимеров вместо аминокислот. Короче говоря, сказал Мэнкин, «рибосома рассматривается как одна из самых интересных и привлекательных машин для синтетической биологии».

Чтобы создать рибосомы, способные на такие подвиги при сохранении жизнедеятельности клетки-хозяина, одной из идей было создать специализированные версии, которые читают транскрипты специфической мессенджерной РНК (мРНК), что предотвращает вмешательство в основные функции нормальных рибосом. «С такой специализированной рибосомой вы можете делать все, что захотите, потому что это не важно для клетки», – объяснил Мэнкин.

Но в этом и заключается вторая проблема. Рибосомы существуют в двух частях, и «в каждом цикле синтеза белка субъединицы могут свободно обмениваться», сказал Мэнкин. Это означает, что ничто не мешает инженерным подразделениям мешать своим нормальным аналогам.

Теоретически, объединение двух специализированных субъединиц предотвратит их взаимодействие с рибосомами клетки-хозяина, сказал Мэнкин. Однако, учитывая эволюционную консервацию системы отдельных субъединиц, вероятность того, что сконструированная рибосома будет работать как единое целое, была довольно далека. «У нас была четкая идея, что мы пытаемся сделать что-то сумасшедшее, – сказал он, – это должно было быть почти невозможно».

Но попробуйте. Рибосомы представляют собой комбинацию белков и молекул рибосомальной РНК (рРНК). Так, чтобы связать субъединицы, Мэнкин и его коллеги сконструировали одну длинную молекулу рРНК из двух рРНК, 16S и 23S, которые находятся в маленькой и большой субъединицах, соответственно. Связывание этих рРНК, таким образом, связывало субъединицы. Команда сделала многочисленные итерации длинной соединенной рРНК, пока она не наткнулась на одну, которая могла бы успешно заменить нормальные 16S и 23S рРНК бактериальной клетки. «Это был не обычный эксперимент на выходных», – сказал Ноллер. «Это было серьезное усилие».

В качестве следующего шага исследователи изменили привязанную рибосому, которую они назвали Ribo-T, так, чтобы она считывала только специализированные мРНК, а не нормальные мРНК. Они сделали это путем изменения последовательности в 16S рРНК, которая распознает и связывается с определенной последовательностью в мРНК, а затем изменила эту последовательность в выбранных мРНК для соответствия. «Вы можете думать об этом как об открытии ортогональной генетической системы в клетке», – сказал Айзекс.

Последняя часть головоломки заключалась в мутировании «неприкасаемого» каталитического центра сконструированной рибосомы, чтобы увидеть, можно ли изменить его функцию. В качестве доказательства принципа команда показала, что она действительно может мутировать каталитическое ядро ​​рибо-Т и позволить синтетической рибосоме читать прямо через определенную последовательность мРНК, которая обычно вызывает остановку нормальных рибосом.

Эта работа – «действительно большое достижение», сказал Айзекс.

«Следующий вопрос заключается в том, можете ли вы теперь действительно опираться на этот и более фундаментально развивать этот каталитический центр, чтобы разрешать новые типы химии?», Продолжил он. «Это действительно будет окончательное испытание».

C. Orelle et al., «Синтез белка рибосомами со связанными субъединицами», Nature , doi: 10.1038 / nature14862, 2015.

Обсуждение

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *