Ученые продемонстрировали возможности поиска новых белков с заранее определенными функциями. Им удалось подобрать искусственную молекулу, которая восстановила синтез аминокислоты серина у бактерий, утерявших эту жизненно важную способность, — а затем выяснить, как она работает. Об исследовании авторы сообщают в журнале , о нем же рассказывает пресс-релиз Принстонского университета.Новая статья увенчала многолетнюю серию работ, проведенных под руководством профессора-химика Майкла Хехта (Michael Hecht) и посвященных синтетической биологии. Главной целью этой сравнительно молодой области остается целенаправленное создание искусственных белков, способных выполнять заранее определенные функции в живых организмах и «в пробирке». Однако свойства и функции белков определяются их пространственной структурой и сочетанием 20-ти разных аминокислот в длинной — в сотни, а иногда и тысячи звеньев — цепочке. Это делает проектирование белков «с нуля» чрезвычайно сложной задачей.Еще несколько лет назад Майкл Хехт и его коллеги провели поиск последовательностей аминокислот, способных формировать стабильную структуру из четырех спиралей. Не слишком сложная, она может служить основой для выполнения самых разных функций и весьма распространена в природе. Чтобы дополнительно упростить задачу, авторы учитывали лишь полярные или неполярные аминокислоты, которые вносят в формирование структуры белка главнейшую роль. Более того, моделирование не указывало на конкретную полярную или неполярную аминокислоту, и давало лишь подходящие их сочетания.Впоследствии ученые синтезировали некоторые такие протеины, содержащие по 102 аминокислоты. Им удалось установить их структуру, подтвердив образование четырех противонаправленных альфа-спиралей. Было также показано, что многие из этих белков способны эффективно связывать небольшие молекулы (включая кофакторы) и даже могут катализировать простейшие реакции.Вскоре авторы сумели продемонстрировать работу таких белков и в условиях живой клетки. Ученые вооружились штаммами кишечной палочки с нарушенным производством фермента SerB (фосфосеринфосфатазы), необходимого клетке для синтеза аминокислоты серина. Такие бактерии способны расти лишь на питательной среде, содержащей эту аминокислоту, но на среде с минимальным набором питательных веществ не выживают. Их ученые культивировали в среде без серина, но в присутствии различных из спроектированных ранее белков.Так было отобрано несколько молекул, обеспечивающих мутантным штаммам жизнь в лишенной серина среде — и среди них белок SynSerB3, который стал объектом новой работы. На этот раз Хехт и его команда изучили механизм, дающий бактериям возможность вновь синтезировать серин. Вопреки первым предположениям, SynSerB3 не катализировал ту же реакцию, что и поврежденный «естественный» белок SerB — он оказался подходящим регулятором.Как показали ученые, SynSerB3 существенно повышает экспрессию фермента HisB, вовлеченного в биосинтез другой аминокислоты — гистидина. Однако этот белок проявляет слабую активность и в проведении схожей реакции с фосфосерином, ведущей к образованию серина. При повышенной концентрации HisB этой активности становится достаточно, чтобы синтез этой аминокислоты оставался на приемлемом уровне, и клетка росла даже при полном ее отсутствии.Теоретически, когда-нибудь такие работы позволят проектировать совершенно новые, не существующие в природе белки, способные решать многие нужные задачи эффективнее — или решать те, которые даже не по силам «естественным» белкам. Количество возможных комбинаций из 20 аминокислот даже в последовательности длиной 102 звена просто колоссальны, и эволюция могла опробовать далеко не все из них.«Катализатор поможет химикам превратить природные аминокислоты в искусственные Химики из Университета Иллинойса и исследовательского центра Pfizer разработали катализатор, способный направленно модифицировать определенный участок трех природных аминокислот — пролина, валина, лейцина. Интересно, что специфичности катализатора оказывается достаточно, чтобы модифицировать аминокислоты в составе олигопептидов (коротких белковых молекул). Исследование опубликовано в журнале , кратко о нем сообщает пресс-релиз университета. Модификация природных аминокислот — процесс происходящий в нашем организме под действием специальных ферментов. Одним из самых распространенных путей модификации является окисление одного из атомов углерода в молекуле аминокислоты. При этом связь углерод-водород превращается в связь углерод-гидроксогруппа (-OH). К примеру, такой процесс лежит в основе биосинтеза ванкомицина — известного антибиотика. Направленное окисление аминокислот идет в нашем организме с помощью специальных катализаторов — белков-ферментов, которые, как правило, содержат в себе атом железа. Однако каждый фермент обладает узкой специализацией — он действует только на одну аминокислоту, или, более того, на одну аминокислоту в определенном белке. Окисление аминокислот — эффективный путь для создания новых искусственных молекул, используемых, например, в синтезе лекарственных препаратов. Для того, чтобы получить несколько исходных окисленных аминокислот для последующих химических превращений, потребуется соответствующее количество ферментов. Новая работа позволяет сократить этот набор до одного-двух катализаторов. Химики предложили заменить сложные белковые катализаторы на низкомолекулярные (небольшие) комплексы железа. Первые эксперименты позволили получить 21 искусственную аминокислоту на основе трех природных и одной искусственной — пролина, валина, норвалина и лейцина. Кроме того, авторы проверили специфичность катализатора на ди- и трипептидах (молекулах, состоящих из двух и трех аминокислотных фрагментов соответственно) — воздействию всегда подвергался строго один и тот же атом углерода в структуре молекулы. В частности, химикам удалось с помощью каталитического окисления превратить один трипептид в восемь разных трипептидов, содержащих искусственные аминокислоты. По словам авторов, классические подходы потребовали бы восемь различных синтезов «с нуля». Традиционно под аминокислотами понимают органические молекулы, содержащие аминогруппу (-NH2) и остаток карбоновой кислоты (-COOH) у одного атома углерода (α-аминокислоты). Термин природные аминокислоты относится к 20 таким соединениям, кодируемым триплетами ДНК — все они входят в состав белков, синтезируемых организмами. В белках встречаются и другие аминокислоты, но их число гораздо меньше. Ученые используют искусственные аминокислоты для того, чтобы синтезировать новые вещества и белки. Например, с их помощью можно добиваться возникновения у белков новых свойств. Кроме того, искусственные аминокислоты входят в состав различных препаратов, обладая фармакологической активностью. К этой категории относятся ингибиторы АПФ, такие как эналаприл и каптоприл. Эволюция — оппортунистический процесс, — пишут авторы. — Столкнувшись с новыми условиями среды, организмы вынуждены адаптироваться, используя ограниченный набор стратегий, включая изменения в работе имеющихся белков или их регуляции». По словам ученых, новая работа демонстрирует, что синтетическая биология и разработка белков «с нуля» позволяет отвечать на такие вызовы среды не хуже «естественной» эволюционной изменчивости.
COM_SPPAGEBUILDER_NO_ITEMS_FOUND