史克里普斯研究中心的科學家們創建了一種使用四核苷酸密碼子將非規範胺基酸整合到蛋白質中的方法，擴大了蛋白質工程的可能性，而無需進行全基因組編輯。該方法已在創建新勝肽方面進行了測試，並具有在各個領域的應用潛力。
在每個生物學入門課上，都有一個基本概念：蛋白質是由 20 種不同的氨基酸組合而成，這些氨基酸像單字一樣以不同的順序排列。然而，旨在設計具有新穎功能的生物分子的研究人員長期以來發現這 20 個構建模組具有限制性。因此，他們尋求將新成分（稱為非規範氨基酸）整合到蛋白質中的方法。
現在，史克里普斯研究中心的科學家設計了一個新的範例，可以輕鬆地將非規範胺基酸添加到蛋白質中。他們的方法於 2024 年 9 月 11 日發表在《自然生物技術》雜誌上，主要是使用四個RNA核苷酸（而不是典型的三個）來編碼每個新胺基酸。
蛋白質工程的新方法
「我們的目標是開發具有客製化功 斯里蘭卡 電話號碼庫 能的蛋白質，用於從生物工程到藥物發現等領域的應用，」斯克里普斯研究中心化學助理教授、資深作者艾哈邁德·巴德蘭博士說。 “通過這種新方法將非規範氨基酸整合到蛋白質中使我們更接近這一目標。”
細胞要產生任何給定的蛋白質，必須將一條 RNA 鏈翻譯成一串胺基酸。 RNA 的每三個核苷酸（稱為密碼子）對應一個胺基酸。但許多胺基酸有不只一個可能的密碼子；例如，讀取序列 UAU 和 UAC 的 RNA 都對應於胺基酸酪胺酸。稱為轉移 RNA (tRNA) 的小分子的作用是將每個胺基酸與其相應的密碼子連接起來。
最近，旨在為蛋白質添加全新胺基酸的研究人員制定了重新分配密碼子的策略。例如，透過改變 UAU 的 tRNA，可以將 UAU 密碼子連接到新的胺基酸；這將導致細胞將 UAU 讀取為對應於酪胺酸以外的構建塊。但同時，細胞基因組中的每個 UAU 實例都需要變成 UAC，以防止新氨基酸整合到數千個它不屬於的其他蛋白質中。
「透過全基因組重新編碼來創建免費密碼子可能是一個強大的策略，但它也可能是一項具有挑戰性的任務，因為它需要大量的資源來建立新的基因組，」巴德蘭說。 “對於生物體本身來說，很難預測這種密碼子變化如何影響基因組穩定性和宿主蛋白質的產生。”
引入四核苷酸密碼子
Badran 和他的同事希望創建一種有效的 玩線上賭場遊戲時應遵循的習慣 即插即用策略，僅將所選的非規範氨基酸整合到目標蛋白的特定位點，而不破壞細胞的正常生物學或要求整個基因組被整合。 。這意味著使用尚未分配給胺基酸的 tRNA。他們的解決方案：四核苷酸密碼子。
研究團隊知道，在某些情況下（例如細菌快速適應抗藥性），四核苷酸密碼子會自然演化。因此，在他們的新工作中，研究人員研究了是什麼導致細胞使用具有四個而不是三個核苷酸的密碼子。他們發現四鹼基密碼子附近序列的身份至關重要——經常使用的密碼子增強了細胞讀取四核苷酸密碼子以摻入非規範氨基酸的能力。
巴德蘭的研究小組隨後測試了他們是否可以改變單一基因的序列，使其擁有一個可以被細胞正確使用的新的四核苷酸密碼子。這個方法奏效了：當研究人員用經常使用的三字母密碼子包圍目標位點並保持足夠水平的四核苷酸 tRNA 時，細胞就會整合與相應四字母 tRNA 相連的任何新氨基酸。研究小組以12 種不同的四核苷酸密碼子重複了該實驗，然後利用該技術設計了100 多種新的環肽（稱為大環肽），每種肽中最多含有3 個非規範氨基酸。
「這些環肽讓人想起自然界中可能發現的生物活性小分子，」巴德蘭說。 “通過利用蛋白質合成的可編程性和通過這種方法可獲得的構建模組的多樣性，我們可以創造出新穎的小分子，這些分子將在藥物發現中具有令人興奮的應用。”
新方法的好處
他補充說，與以前的非規範氨基 粉絲數據 酸摻入方法相比，這種新方法很容易使用，因為它只涉及改變一個基因而不是細胞的整個基因組。此外，由於四核苷酸密碼子比三核苷酸密碼子有更多可能，因此單一蛋白質中可以使用更多的非規範胺基酸。「我們的結果表明，人們現在可以輕鬆有效地將非規範氨基酸摻入多種蛋白質的不同位點，」巴德蘭說。 “我們對我們正在進行的工作的這些可能性感到興奮，並將這種能力提供給更廣泛的社區。”
他指出，該技術可用於重新設計現有的蛋白質，或創造全新的蛋白質，這些蛋白質可在醫學、製造和化學感測等一系列領域發揮作用。