Doorbraak in genetische code onthult nieuwe eiwitten en toepassingen in bio-engineering

AmsterdamOnderzoekers van Scripps Research hebben een nieuwe methode ontdekt om genetische aanpassingen door te voeren en de eiwitproductie uit te breiden door gebruik te maken van vier-nucleotide codons in plaats van de standaard drie-nucleotide codons. Hiermee kunnen ze ongebruikelijke aminozuren in eiwitten integreren. Dit kan leiden tot grote doorbraken in bio-engineering, medicijnontdekking en synthetische biologie.

Traditionele genetische codering maakt gebruik van een systeem waarin drie RNA-nucleotiden, codons genoemd, overeenkomen met één aminozuur. Dit conventionele model beperkt eiwitten tot combinaties van 20 standaard aminozuren. Wetenschappers willen dit systeem echter verbeteren om eiwitten met nieuwe eigenschappen te creëren. Onderzoekers aan Scripps hebben een nieuwe methode ontwikkeld die het gemakkelijker maakt om niet-standaard aminozuren op te nemen, waardoor de potentiële functies van eiwitten worden uitgebreid.

Belangrijkste aspecten van deze innovatie:

• Maakt gebruik van vier-nucleotide-codons in plaats van drie-nucleotide-codons.
• Biedt de mogelijkheid om niet-canonieke aminozuren toe te voegen zonder het volledige genoom aan te passen.
• Behoudt normale cellulaire processen en stabiliteit.
• Stelt de ontwikkeling van specifieke eiwitten voor uiteenlopende toepassingen mogelijk.

Eerdere methodes hadden problemen doordat het veranderen van codons uitgebreide genoombewerking vereiste, wat riskant was voor de stabiliteit en normale werking van cellen. De nieuwe methode maakt gebruik van vier-nucleotide codons, wat deze risico's vermijdt door meer opties aan de genetische code toe te voegen zonder het hele genoom te veranderen. Deze benadering helpt cellen om deze codons nauwkeurig te herkennen en te gebruiken, waardoor de precieze toevoeging van zeldzame aminozuren mogelijk wordt.

Het onderzoeksteam ontwierp genen met behulp van drie-lettercodons die vaak rond specifieke doelen worden gebruikt om het juiste gebruik van vier-nucleotidecodons te garanderen. Hierdoor konden cellen succesvol nieuwe aminozuren toevoegen die overeenkomen met de vier-nucleotide tRNA’s. Ze demonstreerden deze techniek door meer dan 100 nieuwe peptiden te creëren, elk met tot wel drie niet-standaard aminozuren.

De toepassingen van deze doorbraak zijn veelzijdig. Op maat gemaakte eiwitten kunnen de geneeskunde aanzienlijk verbeteren door de ontwikkeling van nieuwe, effectievere en nauwkeurigere medicijnen mogelijk te maken. In de industrie kunnen deze eiwitten stabieler en functioneler zijn, wat de industriële processen verbetert. Op het gebied van chemische detectie kunnen nieuwe eiwitten zorgen voor gevoeligere en nauwkeurigere detectiemethoden.

Ahmed Badran en zijn team hebben een eenvoudig en doeltreffend hulpmiddel ontwikkeld voor eiwitengineering. Deze methode zal onze mogelijkheden om met biologische moleculen te werken verbeteren en kan leiden tot doorbraken in diverse wetenschappelijke en industriële sectoren.