Durchbruch im genetischen Code enthüllt innovative Proteine mit vier-nukleotidigen Kodes

BerlinEin Forscherteam des Scripps Research Instituts hat eine neue Methode entdeckt, um genetische Änderungen vorzunehmen und die Proteinsynthese zu erweitern. Sie verwenden dabei Vier-Nukleotid-Codons statt der üblichen Drei-Nukleotid-Sequenzen. Diese Methode ermöglicht die Einbindung ungewöhnlicher Aminosäuren in Proteine, was möglicherweise zu bedeutenden Fortschritten in der Bioingenieurwissenschaft, Wirkstoffforschung und synthetischen Biologie führen könnte.

Traditionelle genetische Codierung verwendet ein System, bei dem drei RNA-Nukleotide, sogenannte Codons, einer Aminosäure entsprechen. Dieses konventionelle Modell beschränkt Proteine auf Kombinationen von 20 Standardaminosäuren. Doch Wissenschaftler wollten dieses System verbessern, um Proteine mit neuen Eigenschaften zu schaffen. Forscher am Scripps haben eine neue Methode entwickelt, die es erleichtert, nicht-standardmäßige Aminosäuren einzubinden und somit die potenziellen Funktionen von Proteinen zu erweitern.

Wichtige Merkmale dieser Innovation:

• Nutzt Vier-Nukleotid-Codons anstelle von Drei-Nukleotid-Codons.
• Ermöglicht die Einfügung nichtkanonischer Aminosäuren ohne Veränderungen im gesamten Genom.
• Bewahrt die normalen zellulären Prozesse und die Stabilität.
• Erlaubt die Herstellung von Proteinen für spezifische Anwendungen.

Frühere Methoden hatten Schwierigkeiten, da das Ändern von Codons umfangreiche Genom-Editierungen erforderte, was das Risiko für die Stabilität und normale Funktion der Zellen erhöhte. Die neue Methode nutzt Vier-Nukleotid-Codons, wodurch diese Risiken umgangen werden, indem sie mehr Optionen zum genetischen Code hinzufügt, ohne das gesamte Genom zu verändern. Dadurch können Zellen diese Codons genau erkennen und verwenden, was die präzise Aufnahme ungewöhnlicher Aminosäuren ermöglicht.

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Das Forschungsteam entwickelte Gene mit Dreier-Codons, die häufig um spezifische Ziele verwendet werden, um die korrekte Nutzung von Vier-Nukleotid-Codons zu sichern. Dies ermöglichte den Zellen, erfolgreich neue Aminosäuren hinzuzufügen, die den Vier-Nukleotid-tRNAs entsprechen. Die Forscher demonstrierten diese Methode, indem sie über 100 neue Peptide schufen, von denen jedes bis zu drei nicht-standardisierte Aminosäuren enthielt.

Die Anwendungsgebiete dieses bahnbrechenden Fortschritts sind vielfältig. Maßgeschneiderte Proteine können die Medizin erheblich verbessern, indem sie die Entwicklung neuer, effizienterer und präziserer Medikamente ermöglichen. In der Fertigung können diese Proteine stabiler und funktionaler sein, was industrielle Prozesse optimiert. Im Bereich der chemischen Sensorik könnten neue Proteine empfindlichere und genauere Detektionsmethoden ermöglichen.

Ahmed Badran und sein Team haben ein einfaches und effektives Werkzeug für das Protein-Engineering entwickelt. Diese Methode wird unsere Fähigkeit, mit biologischen Molekülen zu arbeiten, verbessern und könnte Fortschritte in vielen wissenschaftlichen und industriellen Bereichen ermöglichen.