A pesquisa teve como objetivo criar novas proteínas - e até mesmo novos organismos - que nunca existiram antes.
"A vida na Terra em toda sua diversidade é codificada por apenas dois pares de bases de DNA, AT e CG, e o que fizemos é um organismo que contém de forma estável os dois mais um terceiro par, não natural de bases", disse TSRI Professor Associado Floyd E. Romesberg , que liderou a equipe de pesquisa.
"Isso mostra que outras soluções para o armazenamento de informações é possível e, é claro, nos leva mais perto de uma biologia-DNA expandida que terá muitas aplicações interessantes -. De novos medicamentos para novos tipos de nanotecnologia"
O relatório sobre a realização aparece 7 de maio de 2014, em uma publicação on-line antes da revista Nature .
Como engenheiro de vida sintética
A equipe sintetizado um segmento de DNA circular conhecida como um plasmídeo e inserido nas células da bactéria comum E. coli . O DNA plasmídeo continha os pares naturais AT e CG de base, juntamente com o novo par de bases não-natural que o laboratório de Romesberg havia descoberto: duas moléculas conhecidas como d5SICS e DNAM.
O objetivo: obter a E. coli células para replicar esse DNA semi-sintético o mais normalmente possível. Para isso, os pesquisadores tiveram que primeiro fornecer os blocos de construção molecular artificial, adicionando-os à solução de fluido fora da célula.
Então, para obter os blocos de construção, conhecida como trifosfatos de nucleósidos, para dentro das células, eles tiveram que encontrar moléculas transportadoras especiais trifosfato que fazer o trabalho. Para isso, eles usaram uma espécie de microalgas, que poderiam importar os trifosfatos não naturais.
A equipe descobriu, um pouco para sua surpresa, que o plasmídeo semi-sintético replicado com velocidade razoável e precisão, não prejudicou muito o crescimento da E. coli células, e não mostrou nenhum sinal de perder os seus pares de bases não-naturais para os mecanismos de reparo do DNA.
O próximo passo será demonstrar a transcrição na célula do novo, expandiu-alfabeto DNA para o RNA, que alimenta a máquina de tomada de proteína das células. "Em princípio, poderíamos codificar novas proteínas produzidas a partir de novos aminoácidos não-naturais - o que nos daria mais poder do que nunca para adequar as terapias protéicas e de diagnósticos e reagentes de laboratório para ter funções desejadas", disse Romesberg. "Outras aplicações, como os nanomateriais, também são possíveis."
E sobre os riscos de uma forma de vida nova em fuga? De acordo com Denis A. Malyshev, membro do laboratório Romesberg que foi o principal autor do novo relatório, "as novas bases só pode entrar na célula, se ligar a proteína 'transportador base'. Sem esse transportador ou quando novas bases não são fornecidos, a célula irá reverter para A, T, G, C, e as d5SICS e DNAM desaparecerá do genoma. "
Outros contribuintes para o papel, "Um organismo semi-sintético com um alfabeto genético expandido," foram Kirandeep Dhami, Thomas Lavergne e Tingjian Chen de TSRI e Nan Dai, Jeremy M. Foster e Ivan R. Corrêa Jr. de New England Biolabs , Inc.
A pesquisa foi financiada em parte pelo National Institutes of Health.
Resumo na Natureza
Os organismos são definidos pela informação codificada no seu genoma, e uma vez que a origem da vida essa informação foi codificada usando um alfabeto genético de dois pares de bases (A-T e G-C). In vitro , o alfabeto foi expandido para incluem diversos pares de bases não naturais (UBPs). Nós desenvolvemos uma classe de UBPs formados entre os nucleótidos rolamento nucleobases hidrofóbicos, exemplificados pelo par formado entre d5SICS e DNAM (d5SICS-DNAM), que é eficientemente amplificado por PCR e transcritos in vitro , e cujo único mecanismo de replicação foi caracterizado. No entanto, a expansão do alfabeto genético de um organismo apresenta novos e inéditos desafios: os trifosfatos de nucleósidos não naturais devem estar disponíveis dentro da célula; polimerases endógenas deve ser capaz de utilizar os trifosfatos não naturais de reproduzir fielmente DNA contendo o UBP dentro do meio celular complexa; e, finalmente, o UBP deve ser estável na presença de vias que mantêm a integridade do DNA. Aqui mostra-se que uma forma exógena expressa algas nucleótido trifosfato transportador importa eficientemente os trifosfatos de ambos d5SICS e DNAM (d5SICSTP e dNaMTP) em Escherichia coli , e que a maquinaria de replicação endógena utiliza-los para replicar com precisão um plasmídeo contendo d5SICS-DNAM. Nem a presença dos trifosfatos não naturais ou a replicação do UBP introduz uma carga crescimento notável. Por fim, descobrimos que o UBP não é eficientemente extirpado por vias de reparo de DNA. Assim, a bactéria resultante é o primeiro organismo a propagar de forma estável um alfabeto genético expandido.
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