ธรรมชาติมีสูตรสำเร็จในการสร้างโปรตีน
ตัวอักษร DNA แฝดสามแปลเป็น 20 โมเลกุลที่เรียกว่ากรดอะมิโน โครงสร้างพื้นฐานเหล่านี้จะถูกนำมาต่อเข้าด้วยกันจนกลายเป็นโปรตีนที่น่าเวียนหัวซึ่งประกอบเป็นสิ่งมีชีวิตทั้งหมด โปรตีนสร้างเนื้อเยื่อของร่างกาย ฟื้นฟูเนื้อเยื่อเมื่อได้รับความเสียหาย และควบคุมกระบวนการที่ซับซ้อน ทำให้การทำงานภายในร่างกายของเราทำงานเหมือนเครื่องจักรที่ทาน้ำมันอย่างดี
การศึกษาโครงสร้างและกิจกรรมของโปรตีนสามารถให้ความกระจ่างเกี่ยวกับโรค ขับเคลื่อนการพัฒนายา และช่วยให้เราเข้าใจกระบวนการทางชีวภาพที่ซับซ้อน เช่น กระบวนการทำงานในสมองหรือความชรา โปรตีนกำลังกลายเป็นสิ่งจำเป็นในบริบทที่ไม่ใช่ทางชีวภาพเช่นกัน เช่น ในการผลิตเชื้อเพลิงชีวภาพที่เป็นมิตรต่อสภาพภูมิอากาศ
เนื่องจากมีโครงสร้างโมเลกุลเพียง 20 โครงสร้าง วิวัฒนาการจึงจำกัดสิ่งที่โปรตีนสามารถทำได้ แล้วถ้าเราสามารถขยายคำศัพท์ของธรรมชาติล่ะ?
ด้วยวิศวกรรมกรดอะมิโนชนิดใหม่ที่ไม่พบในธรรมชาติและรวมเข้าไปในเซลล์ที่มีชีวิต โปรตีนจากต่างประเทศจึงสามารถทำอะไรได้มากกว่านั้น ตัวอย่างเช่น การเติมกรดอะมิโนสังเคราะห์ลงในยาที่ใช้โปรตีน เช่น ยาภูมิคุ้มกันบำบัด อาจปรับเปลี่ยนโครงสร้างเล็กน้อยเพื่อให้อยู่ในร่างกายได้นานขึ้นและ มีประสิทธิภาพมากขึ้น. โปรตีนชนิดใหม่ยังเปิดประตูสู่ปฏิกิริยาเคมีใหม่ๆ ที่จะเคี้ยวพลาสติกหรือวัสดุที่ย่อยสลายได้ง่ายกว่าด้วยคุณสมบัติที่แตกต่างกัน
แต่มีปัญหาเกิดขึ้น กรดอะมิโนที่แปลกใหม่ไม่สามารถเข้ากันได้กับกลไกของเซลล์เสมอไป
การศึกษาใหม่ in ธรรมชาตินำโดยผู้เชี่ยวชาญด้านชีววิทยาสังเคราะห์ ดร. เจสัน ชิน จากห้องปฏิบัติการชีววิทยาโมเลกุลของสภาวิจัยทางการแพทย์ในเมืองเคมบริดจ์ ประเทศอังกฤษ ช่วยให้ความฝันเข้าใกล้ยิ่งขึ้นอีกเล็กน้อย โดยใช้หน้าจอโมเลกุลที่พัฒนาขึ้นใหม่ พวกเขาพบและใส่กรดอะมิโนที่แปลกใหม่สี่ตัวเข้าไปในโปรตีนภายในเซลล์แบคทีเรีย แบคทีเรียเป็นที่ชื่นชอบในอุตสาหกรรมในการปั่นอินซูลินและยาที่ใช้โปรตีนอื่นๆ แบคทีเรียเหล่านี้ยอมรับโครงสร้างที่แปลกใหม่ว่าเป็นของตัวเองทันที
ส่วนประกอบที่เพิ่มใหม่ทั้งหมดแตกต่างจากส่วนประกอบตามธรรมชาติของเซลล์ ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบที่เพิ่มเข้ามานั้นไม่รบกวนการทำงานปกติของเซลล์
“เป็นความสำเร็จที่ยิ่งใหญ่ในการนำกรดอะมิโนประเภทใหม่เหล่านี้ไปเป็นโปรตีน” ดร. ชาง หลิว จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เออร์ไวน์ ซึ่งไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการศึกษาวิจัยนี้ บอก วิทยาศาสตร์.
การหยุดชะงักแบบสังเคราะห์
การเพิ่มกรดอะมิโนที่แปลกใหม่เข้าไปในสิ่งมีชีวิตถือเป็นฝันร้าย
ลองนึกภาพเซลล์เป็นเมืองที่มี "เขต" หลายแห่งทำหน้าที่ของตัวเอง นิวเคลียสที่มีรูปร่างเหมือนหลุมแอปริคอท เป็นที่ตั้งของพิมพ์เขียวทางพันธุกรรมของเราที่บันทึกไว้ใน DNA ภายนอกนิวเคลียส โรงงานสร้างโปรตีนที่เรียกว่าไรโบโซมได้เลิกกิจการไป ในขณะเดียวกัน ผู้ส่งสาร RNA ก็ส่งเสียงฮือฮาระหว่างทั้งสองเหมือนรถไฟความเร็วสูงที่ส่งข้อมูลทางพันธุกรรมเพื่อเปลี่ยนเป็นโปรตีน
เช่นเดียวกับ DNA RNA มีตัวอักษรโมเลกุลสี่ตัว การรวมกันสามตัวอักษรแต่ละตัวก่อให้เกิด "คำ" ที่เข้ารหัสกรดอะมิโน ไรโบโซมจะอ่านแต่ละคำและเรียกกรดอะมิโนที่เกี่ยวข้องมาที่โรงงานโดยใช้โมเลกุลถ่ายโอน RNA (tRNA) เพื่อจับเข้าไป
โมเลกุล tRNA ได้รับการออกแบบมาเพื่อรับกรดอะมิโนเฉพาะที่มี "กาว" โปรตีนที่มีความจำเพาะสูง เมื่อขนส่งเข้าไปในไรโบโซมแล้ว กรดอะมิโนจะถูกดึงออกจากโมเลกุลพาหะของมัน และเย็บเข้ากับสายกรดอะมิโนที่ขดตัวเป็นรูปทรงโปรตีนที่ซับซ้อน
เห็นได้ชัดเจนว่าวิวัฒนาการได้สร้างระบบที่ซับซ้อนสำหรับการผลิตโปรตีน ไม่น่าแปลกใจที่การเพิ่มส่วนประกอบสังเคราะห์นั้นไม่ใช่เรื่องตรงไปตรงมา
ย้อนกลับไปในปี 1980 นักวิทยาศาสตร์ พบวิธีแนบกรดอะมิโนสังเคราะห์เข้ากับตัวพาภายในหลอดทดลอง ไม่นานมานี้พวกเขาก็ได้ นิติบุคคลที่จัดตั้งขึ้น กรดอะมิโนผิดธรรมชาติไปเป็นโปรตีนภายในเซลล์แบคทีเรียโดยการจี้โรงงานภายในตัวเองโดยไม่กระทบต่อการทำงานของเซลล์ปกติ
นอกเหนือไปจากแบคทีเรียชินและเพื่อนร่วมงานก่อนหน้านี้ tRNA ที่ถูกแฮ็ก และ "กาว" ที่สอดคล้องกันซึ่งเรียกว่า tRNA synthetase เพื่อเพิ่มโปรตีนที่แปลกใหม่เข้าไปในเซลล์สมองของหนู
การเดินสายไฟใหม่ให้กับกลไกการสร้างโปรตีนของเซลล์โดยไม่ทำลายมัน ต้องใช้ความสมดุลที่ละเอียดอ่อน เซลล์ต้องการตัวพา tRNA ที่ได้รับการดัดแปลงเพื่อจับกรดอะมิโนใหม่และลากไปยังไรโบโซม ไรโบโซมจะต้องรับรู้ถึงกรดอะมิโนสังเคราะห์เป็นของตัวเองและต่อให้เป็นโปรตีนที่ใช้งานได้ หากขั้นตอนใดขั้นตอนหนึ่งสะดุด ระบบชีวภาพเชิงวิศวกรรมจะล้มเหลว
การขยายรหัสพันธุกรรม
การศึกษาครั้งใหม่มุ่งเน้นไปที่ขั้นตอนแรกคือการออกแบบวิศวกรรมพาหะที่ดีขึ้นสำหรับกรดอะมิโนจากต่างประเทศ
ทีมงานได้กลายพันธุ์ยีนของโปรตีน "กาว" เป็นครั้งแรก และสร้างยีนทางเลือกที่เป็นไปได้หลายล้านตัว แต่ละรูปแบบเหล่านี้สามารถคว้าเข้าสู่กลุ่มอาคารที่แปลกใหม่ได้
เพื่อจำกัดขอบเขตข้อมูลให้แคบลง พวกเขาหันไปหาโมเลกุล tRNA ซึ่งเป็นพาหะของกรดอะมิโน ตัวพา tRNA แต่ละตัวจะถูกติดแท็กด้วยรหัสพันธุกรรมเล็กน้อยซึ่งติดอยู่กับโปรตีน "กาว" ที่กลายพันธุ์ เช่น เบ็ดตกปลา ความพยายามดังกล่าวพบคู่ที่มีแนวโน้มดี 8 คู่จากโครงสร้างที่มีศักยภาพนับล้าน อีกหน้าจอหนึ่งมุ่งเน้นไปที่กลุ่มของโปรตีน "กาว" ที่สามารถจับกับโปรตีนเทียมหลายประเภท รวมถึงโปรตีนที่แตกต่างจากโปรตีนธรรมชาติอย่างมาก
จากนั้นทีมงานได้ใส่ยีนที่เข้ารหัสโปรตีนเหล่านี้เข้าไป เชื้อ Escherichia coli เซลล์แบคทีเรียซึ่งเป็นที่ชื่นชอบสำหรับการทดสอบสูตรทางชีววิทยาสังเคราะห์
โดยรวมแล้ว โปรตีน "กาว" แปดตัวสามารถบรรจุกรดอะมิโนแปลกใหม่ลงในกลไกการสร้างโปรตีนตามธรรมชาติของแบคทีเรียได้สำเร็จ โครงสร้างสังเคราะห์หลายชิ้นมีโครงสร้างกระดูกสันหลังที่แปลก ซึ่งโดยทั่วไปไม่เข้ากันกับไรโบโซมธรรมชาติ แต่ด้วยความช่วยเหลือของโปรตีน tRNA และโปรตีน "กาว" ที่ได้รับการออกแบบ ไรโบโซมจึงรวมกรดอะมิโนที่แปลกใหม่สี่ชนิดเข้าไว้ในโปรตีนใหม่
ผลลัพธ์ "ขยายขอบเขตทางเคมีของรหัสพันธุกรรม" สำหรับการผลิตวัสดุประเภทใหม่ ทีมงานอธิบายไว้ในรายงานของพวกเขา
โลกใหม่
นักวิทยาศาสตร์ได้ค้นพบกรดอะมิโนแปลกใหม่หลายร้อยชนิดแล้ว โมเดล AI เช่น AlphaFold หรือ RoseTTAFold และรูปแบบต่างๆ มีแนวโน้มที่จะวางไข่มากยิ่งขึ้น การค้นหาพาหะและโปรตีน "กาว" ที่เข้ากันถือเป็นอุปสรรค์เสมอมา
การศึกษาครั้งใหม่นี้ได้กำหนดวิธีการเร่งการค้นหาโปรตีนจากนักออกแบบใหม่ที่มีคุณสมบัติผิดปกติ ในตอนนี้ วิธีการนี้สามารถรวมกรดอะมิโนสังเคราะห์ได้เพียงสี่ตัวเท่านั้น แต่นักวิทยาศาสตร์กำลังจินตนาการถึงการใช้งานสำหรับพวกมันอยู่แล้ว
ยาโปรตีนที่ทำจากกรดอะมิโนแปลกใหม่เหล่านี้มีรูปร่างแตกต่างไปจากกรดอะมิโนตามธรรมชาติ ช่วยปกป้องพวกมันจากการเสื่อมสลายภายในร่างกาย ซึ่งหมายความว่าจะอยู่ได้นานกว่า และลดความจำเป็นในการรับประทานหลายครั้ง ระบบที่คล้ายกันสามารถผลิตวัสดุใหม่ๆ เช่น พลาสติกที่ย่อยสลายได้ทางชีวภาพ ซึ่งคล้ายกับโปรตีน ที่ต้องอาศัยการเย็บส่วนประกอบแต่ละส่วนเข้าด้วยกัน
ในปัจจุบัน เทคโนโลยีนี้อาศัยความทนทานของไรโบโซมต่อกรดอะมิโนจากต่างประเทศ ซึ่งอาจคาดเดาไม่ได้ ต่อไป ทีมงานต้องการปรับเปลี่ยนไรโบโซมให้ทนต่อกรดอะมิโนแปลก ๆ และพาหะของพวกมันได้ดีขึ้น พวกเขายังมองหาการสร้างวัสดุคล้ายโปรตีนที่ทำจากกรดอะมิโนสังเคราะห์อย่างสมบูรณ์ ซึ่งสามารถเพิ่มการทำงานของเนื้อเยื่อที่มีชีวิตได้
“หากคุณสามารถเข้ารหัสชุดโครงสร้างที่ขยายออกไปในลักษณะเดียวกับที่เราสามารถสร้างโปรตีนได้ เราก็สามารถเปลี่ยนเซลล์ให้เป็นโรงงานที่มีชีวิตสำหรับการสังเคราะห์โพลีเมอร์ที่เข้ารหัสสำหรับทุกสิ่งตั้งแต่ยาใหม่ไปจนถึงวัสดุ” กล่าวว่า ชินในการสัมภาษณ์ก่อนหน้านี้ “เป็นสนามที่น่าตื่นเต้นมาก”
เครดิตภาพ: สถาบันโรคภูมิแพ้และโรคติดเชื้อแห่งชาติ สถาบันสุขภาพแห่งชาติ
- เนื้อหาที่ขับเคลื่อนด้วย SEO และการเผยแพร่ประชาสัมพันธ์ รับการขยายวันนี้
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai เพิ่มพลังให้กับตัวเอง เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตไอสตรีม. Web3 อัจฉริยะ ขยายความรู้ เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตESG. คาร์บอน, คลีนเทค, พลังงาน, สิ่งแวดล้อม แสงอาทิตย์, การจัดการของเสีย. เข้าถึงได้ที่นี่.
- เพลโตสุขภาพ เทคโนโลยีชีวภาพและข่าวกรองการทดลองทางคลินิก เข้าถึงได้ที่นี่.
- ที่มา: https://singularityhub.com/2024/01/23/scientists-coax-bacteria-into-making-exotic-proteins-not-found-in-nature/
- :มี
- :เป็น
- :ไม่
- $ ขึ้น
- 20
- a
- ได้รับการยอมรับ
- อยากทำกิจกรรม
- เพิ่ม
- ที่เพิ่ม
- เพิ่ม
- เพิ่มเติม
- น่าสงสาร
- จิ้ง
- AI
- โมเดล AI
- ทั้งหมด
- แล้ว
- ด้วย
- ทางเลือก
- เสมอ
- an
- และ
- อื่น
- เป็น
- แถว
- เทียม
- AS
- ที่เกี่ยวข้อง
- At
- แนบ
- เสริม
- ไป
- กระดูกสันหลัง
- แบคทีเรีย
- ยอดคงเหลือ
- ขั้นพื้นฐาน
- BE
- สมควร
- รับ
- ดีกว่า
- ระหว่าง
- ใหญ่
- ชีววิทยา
- บิต
- Blocks
- พิมพ์เขียว
- ร่างกาย
- ของเล่นเพิ่มพัฒนาสมอง
- เซลล์สมอง
- หมดสภาพ
- นำ
- การก่อสร้าง
- แต่
- by
- แคลิฟอร์เนีย
- ที่เรียกว่า
- เคมบริดจ์
- CAN
- ผู้ให้บริการ
- หมวดหมู่
- เซลล์
- เซลล์
- ช้าง
- สารเคมี
- คาง
- เมือง
- ใกล้ชิด
- รหัส
- เพื่อนร่วมงาน
- การผสมผสาน
- เข้ากันได้
- อย่างสมบูรณ์
- ซับซ้อน
- ส่วนประกอบ
- บริบท
- ตรงกัน
- ได้
- สภา
- counterparts
- สร้าง
- เครดิต
- นักออกแบบ
- พัฒนา
- พัฒนาการ
- ต่าง
- ต่างกัน
- โดยตรง
- โรค
- โรค
- เวียนหัว
- ดีเอ็นเอ
- do
- ประตู
- ปริมาณ
- dr
- ฝัน
- ยาเสพติด
- การพัฒนายา
- ยาเสพติด
- แต่ละ
- ก่อน
- อย่างง่ายดาย
- ความพยายาม
- XNUMX
- ทั้ง
- เข้ารหัส
- การเข้ารหัส
- วิศวกรรม
- ชั้นเยี่ยม
- จำเป็น
- เป็นหลัก
- ที่จัดตั้งขึ้น
- ก่อตั้ง
- แม้
- ทุกอย่าง
- วิวัฒนาการ
- ตัวอย่าง
- แปลกใหม่
- แสดง
- ขยาย
- ชำนาญ
- อธิบาย
- โรงงาน
- โรงงาน
- ล้มเหลว
- ที่ชื่นชอบ
- สนาม
- หา
- ชื่อจริง
- ประมง
- มุ่งเน้น
- สำหรับ
- ฟอร์ม
- รูปแบบ
- พบ
- สี่
- ราคาเริ่มต้นที่
- ฟังก์ชัน
- การทำงาน
- ฟังก์ชั่น
- โดยทั่วไป
- สร้าง
- ทางพันธุกรรม
- ได้รับ
- คว้า
- บัญชีกลุ่ม
- มี
- มี
- ช่วย
- อย่างสูง
- บ้าน
- HTTPS
- ร้อย
- if
- in
- รวมเข้าด้วยกัน
- Incorporated
- ผสมผสาน
- เป็นรายบุคคล
- อุตสาหกรรม
- โรคติดเชื้อ
- ข้อมูล
- ภายใน
- ภายใน
- สถาบัน
- แทรกแซง
- สัมภาษณ์
- เข้าไป
- ซับซ้อน
- IT
- ITS
- ตัวเอง
- การเก็บรักษา
- ชนิด
- ห้องปฏิบัติการ
- ชื่อสกุล
- นำ
- เบา
- กดไลก์
- น่าจะ
- LIMIT
- ที่อาศัยอยู่
- อีกต่อไป
- ที่ต้องการหา
- เครื่องจักรกล
- เครื่อง
- ทำ
- ทำให้
- การทำ
- การผลิต
- หลาย
- การจับคู่
- วัสดุ
- ความหมาย
- วิธี
- ในขณะเดียวกัน
- ทางการแพทย์
- การวิจัยทางการแพทย์
- ยารักษาโรค
- วิธี
- ล้าน
- โมเดล
- การแก้ไข
- แก้ไข
- โมเลกุล
- อณู
- ข้อมูลเพิ่มเติม
- เม้าส์
- หลาย
- ต้อง
- แห่งชาติ
- โดยธรรมชาติ
- ธรรมชาติ
- จำเป็นต้อง
- ความต้องการ
- ใหม่
- ใหม่
- ถัดไป
- ปกติ
- นวนิยาย
- ตอนนี้
- of
- ปิด
- on
- ครั้งเดียว
- คน
- เพียง
- เปิด
- or
- อื่นๆ
- ของเรา
- ออก
- ด้านนอก
- ของตนเอง
- คู่
- กระดาษ
- ส่วนหนึ่ง
- ในสิ่งที่สนใจ
- ที่มีประสิทธิภาพ
- เลือก
- PIT
- พลาสติก
- พลาสติก
- เพลโต
- เพลโตดาต้าอินเทลลิเจนซ์
- เพลโตดาต้า
- โพลีเมอ
- ที่มีศักยภาพ
- ที่อาจเกิดขึ้น
- ก่อนหน้านี้
- ปัญหา
- กระบวนการ
- แวว
- ขับเคลื่อน
- คุณสมบัติ
- ปกป้อง
- โปรตีน
- โปรตีน
- ใส่
- ปฏิกิริยา
- อย่างง่ายดาย
- เมื่อเร็ว ๆ นี้
- สูตร
- สูตรอาหาร
- รับรู้
- บันทึก
- การวิจัย
- ผลสอบ
- อาร์เอ็นเอ
- วิ่ง
- เดียวกัน
- วิทยาศาสตร์
- นักวิทยาศาสตร์
- ขอบเขต
- จอภาพ
- ค้นหา
- เห็น
- ชุด
- มีรูป
- รูปร่าง
- เพิง
- คล้ายคลึงกัน
- So
- ซับซ้อน
- วางไข่
- โดยเฉพาะ
- ความเร็ว
- ขั้นตอน
- ซื่อตรง
- แปลก
- เชือก
- โครงสร้าง
- โครงสร้าง
- ศึกษา
- สะดุด
- ประสบความสำเร็จ
- อย่างเช่น
- หมายเรียก
- การสังเคราะห์
- สังเคราะห์
- ระบบ
- ตัดทำ
- ใช้เวลา
- ทีม
- เทคโนโลยี
- ทดสอบ
- การทดสอบ
- กว่า
- ที่
- พื้นที่
- ของพวกเขา
- พวกเขา
- แล้วก็
- ล้อยางขัดเหล่านี้ติดตั้งบนแกน XNUMX (มม.) ผลิตภัณฑ์นี้ถูกผลิตในหลายรูปทรง และหลากหลายเบอร์ความแน่นหนาของปริมาณอนุภาคขัดของมัน จะทำให้ท่านได้รับประสิทธิภาพสูงในการขัดและการใช้งานที่ยาวนาน
- พวกเขา
- สิ่ง
- สิ่ง
- นี้
- เหล่านั้น
- เนื้อเยื่อ
- ไปยัง
- ร่วมกัน
- ความอดทน
- เกินไป
- รถไฟ
- โอน
- แปลความ
- กลับ
- หัน
- บิด
- สอง
- ชนิด
- Uk
- เข้าใจ
- มหาวิทยาลัย
- มหาวิทยาลัยแห่งแคลิฟอร์เนีย
- ทายไม่ถูก
- ผิดปกติ
- us
- ใช้
- การใช้
- รูปแบบ
- รุ่น
- ต้องการ
- คือ
- ทาง..
- we
- อะไร
- เมื่อ
- ที่
- WHO
- ทั้งหมด
- กับ
- ไม่มี
- คำ
- งาน
- ทำงาน
- เธอ
- ลมทะเล