Расширенный генетический код

Расширенный генетический код представляет собой искусственно модифицированный генетический код , в котором один или несколько специфических кодонов были повторно распределены , чтобы кодировать аминокислоту , которая не входит в число 22 распространенных белкогенных аминогенных аминогенных кислот . [ 1 ]
Ключевыми предпосылками для расширения генетического кода являются:
- нестандартная аминокислота для кодирования,
- неиспользованный кодон для принятия,
- тРНК , которая распознает этот кодон, и
- ТНК -синтетаза , которая распознает только эту тРНК и только нестандартную аминокислоту.
Расширение генетического кода - это область исследований синтетической биологии , прикладной биологической дисциплины, целью которой является разработка живых систем для полезных целей. Расширение генетического кода обогащает репертуар полезных инструментов, доступных для науки.
В мае 2019 года исследователи, предпринятые вехой, сообщили о создании новой синтетической (возможно, искусственной ) формы жизнеспособной жизни , варианта бактерий Escherichia coli , путем уменьшения естественного числа 64 кодонов в бактериальном геноме до 61 кодонов. (Устранение двух из шести кодонов, кодирующих серин и один из трех стоп -кодонов ), из которых 59 использовались для кодирования 20 аминокислот . [ 2 ] [ 3 ]
Введение
[ редактировать ]Следует отметить, что генетический код для всех организмов в основном одинаковы, так что все живые существа используют один и тот же «генетический язык». [ 4 ] В целом, введение новых функциональных неестественных аминокислот в белки живых клеток разбивает универсальность генетического языка, что в идеале приводит к альтернативным формам жизни. [ 5 ] Белки вырабатываются благодаря молекулам трансляционной системы, которые декодируют сообщения РНК в серию аминокислот. Перевод РНК генетической информации, содержащейся в мессенджера (мРНК) в белок, катализируется рибосомами . Передача РНК (тРНК) используется в качестве ключей для декодирования мРНК в кодируемый полипептид . ТРНК распознает три специфического нуклеотидного кодона в мРНК с комплементарной последовательности, называемой антикодоном на одной из его петель. Каждый трехнуклеотидный кодон переводится в одну из двадцати природных аминокислот. [ 6 ] Существует по крайней мере одна тРНК для любого кодона, а иногда и несколько кодовых кодов для одной и той же аминокислоты. Многие тРНК совместимы с несколькими кодонами. Фермент, называемый аминоацил -синтетазой, ковалентно прикрепляет аминокислоту к соответствующей тРНК. [ 7 ] Большинство клеток имеют различную синтетазу для каждой аминокислоты (20 или более синтетаз). С другой стороны, некоторые бактерии имеют менее 20 аминоацил -синтетаз тРНК и вводят «недостающие» аминокислоты (ы) путем модификации структурно связанной аминокислоты аминотрансферазой ферментом. [ 8 ] Функцией, используемой в расширении генетического кода, является тот факт, что аминоацил -синтетаза часто не распознает антикодон, а другая часть тРНК, что означает, что если бы антикодон будет мутировано, кодирование этой аминокислоты изменится на новый кодон. В рибосоме информация в мРНК транслируется в специфическую аминокислоту, когда кодон мРНК соответствует комплементарному антикодону тРНК, а прикрепленная аминокислота добавляется в растущую полипептидную цепь. Когда он высвобождается из рибосомы, полипептидная цепь складывается в функционирующий белок. [ 7 ]
Чтобы включить новую аминокислоту в генетический код, необходимы несколько изменений. Во -первых, для успешного перевода новой аминокислоты, кодон, которому назначается новая аминокислота, не может уже кодировать для одной из 20 природных аминокислот. бессмысленный кодон ( стоп-кодон ) или кодон с четырьмя базой. Обычно используются [ 6 ] Во -вторых, требуется новая пара тРНК и аминоацил -синтетазы, они называются ортогональным набором. Ортогональный набор не должен переоборудовать с эндогенными наборами тРНК и синтетазы, в то же время функционально совместимый с рибосомой и другими компонентами трансляционного аппарата. Активный сайт синтетазы модифицируется, чтобы принять только новую аминокислоту. Чаще всего, библиотека мутантных синтетаз подвергается скринингу на одну, которая заряжает тРНК с желаемой аминокислотой. Синтетаза также модифицируется, чтобы распознать только ортогональную тРНК. [ 6 ] Пара тРНК -синтетазы часто спроектирована в других бактериях или эукариотических клетках. [ 9 ]
В этой области исследований 20 кодируемых протеиногенных аминокислот называются стандартными аминокислотами или альтернативно как натуральные или канонические аминокислоты, в то время как добавленные аминокислоты называются нестандартными аминокислотами (НБАА) или неестественными аминокислотами ( ; UAAS аминокислоты.
Нестандартные аминокислоты
[ редактировать ]
Первым элементом системы является аминокислота, которая добавляется в генетический код определенного штамма организма.
Более 71 различных АНС были добавлены в различные штаммы клеток кишечной палочки , дрожжей или млекопитающих. [ 10 ] Из-за технических деталей (более легкий химический синтез НБАА, меньше перекрестных помех и более легкой эволюции аминоацил-тРНК-синтазы), НБАА, как правило, больше, чем стандартные аминокислоты и чаще всего имеют фенилаланиновое ядро, но с большим разнообразием различных заместителей. Они позволяют большой репертуар новых функций, таких как маркировка (см. Рисунок), как флуоресцентный репортер ( например, дансилаланин) [ 11 ] или для получения трансляционных белков в кишечной палочке с эукариотическими посттрансляционными модификациями ( например , фосфосерин, фосфотреонин и фосфотирозин). [ 10 ] [ 12 ]
Работа -основатель сообщил Рольф Фюртер, который в одиночку использовал дрожжевые тРНК Пэ /Phers пара для включения пи -одофенилаланина в E. coli . [ 13 ]
Неестественные аминокислоты, включенные в белки, включают в себя тяжелые аминокислоты, содержащие атом, для облегчения определенных рентгеновских кристаллографических исследований; аминокислоты с новыми стерическими/упаковочными и электронными свойствами; Аминокислоты PhotoCrossling Amino Acost, которые можно использовать для исследования взаимодействия белкового белка in vitro или in vivo; Кето, ацетилен, азид и боронатсодержащие аминокислоты, которые можно использовать для избирательного введения большого количества биофизических зондов, метров и новых химических функциональных групп в белки in vitro или in vivo ; окислительно -восстановительные активные аминокислоты для исследования и модуляции переноса электрона; Фотооценные и фотоизомеризуемые аминокислоты для фоторегуляции биологических процессов; Связывание металлов аминокислоты для катализа и чувства ионов металлов; аминокислоты, которые содержат флуоресцентные или инфракрасные боковые цепи, для структуры и динамики зонда; α -гидрокси кислоты и D -аминокислоты в качестве зондов конформации основной цепи и взаимодействия водородных связей; и сульфатированные аминокислоты и миметика фосфорилированных аминокислот в качестве зондов посттрансляционных модификаций. [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]
Доступность нестандартной аминокислоты требует, чтобы организм либо импортировал его со среды, либо биосинтезировал ее. В первом случае неестественная аминокислота сначала синтезируется химически в своей оптически чистой L -форме. [ 17 ] Затем он добавляется в среду роста клетки. [ 10 ] Библиотека соединений обычно проверяется на использование при включении новой аминокислоты, но это не всегда необходимо, например, различные транспортные системы могут обрабатывать неестественные аминокислоты с аполярными боковыми цепи. Во втором случае необходимо разработать путь биосинтеза, например, штамм E. coli , который биосинтезирует новую аминокислоту (P-аминофенилаланин) из основных источников углерода и включает ее в свой генетический код. [ 16 ] [ 18 ] [ 19 ] Другой пример: производство фосфосерина, естественного метаболита и, следовательно, требует изменения потока пути для увеличения его производства. [ 12 ]
Задание кодона
[ редактировать ]Другим элементом системы является кодон, чтобы выделить новую аминокислоту. [ Цитация необходима ]
Основная проблема для расширения генетического кода заключается в том, что нет свободных кодонов. Генетический код имеет неполученную компоновку, которая показывает речьими признаки различных этапов изначальной эволюции, однако с тех пор он заморозился на место и является почти универсально консервативным. [ 20 ] Тем не менее, некоторые кодоны реже, чем другие. Фактически, в E. coli (и во всех организмах) использование кодона не является равным, но представляет несколько редких кодонов (см. Таблицу), самым редким является янтарный кодон (UAG).
Янтарный кодон подавление
[ редактировать ]Возможность переназначения кодонов была реализована Normanly et al. В 1990 году, когда жизнеспособный мутантный штамм E. coli UAG («Amber») прочитал через кодон . [ 22 ] Это было возможно благодаря редкости этого кодона и тому факту, что только фактор выпуска 1 делает перевод янтарного кодона. Позже, в лаборатории Schultz , Trnatyr/тирозил-тРНК-синтетаза (TYRR) из Methanococcus jannaschii , archaebacterium, [ 6 ] был использован для введения тирозина вместо остановки, значение по умолчанию янтарного кодона. [ 23 ] Это было возможно из -за различий между эндогенными бактериальными синтезами и ортологичной архаальной синтазой, которая не распознает друг друга. Впоследствии группа эволюционировала ортологическую пару тРНК/синтазы для использования нестандартного аминокислотного о -метилтирозина. [ 6 ] За этим последовал более крупный нафтилаланин [ 24 ] и фототоксингирующий бензоилфенилаланин, [ 25 ] что доказало потенциальную полезность системы.
Янтарный кодон является наименее используемым кодоном в Escherichia coli , но угон его приводит к существенной потере пригодности. На самом деле одно исследование показало, что было по меньшей мере 83 пептида, в основном затронутые чтением [ 26 ] Кроме того, маркировка была неполной. Как следствие, было сделано несколько штаммов, чтобы снизить стоимость пригодности, включая удаление всех янтарных кодонов из генома. У большинства штаммов E. coli K-12 (а именно Escherichia coli (молекулярная биология) для пейдс-родословных) существует 314 стоп-кодонов UAG. Следовательно, в замену их замены гигантского количества работы. Один из подходов, впервые подготовленных группой профессора Джорджа Черч из Гарварда, был назван магом в клетке: это полагалось на мультиплексное преобразование и последующую рекомбинацию деформации для удаления всех кодонов UAG - последняя часть представляла точку остановки в первой статье, [ 27 ] но был преодолен. Это привело к штамм E. coli C321.ΔA, в котором отсутствуют все кодоны UAG и RF1. [ 28 ] Это позволило провести эксперимент с этим штаммом, чтобы сделать его «зависимым» к аминокислотному бифенилаланину, путем развития нескольких ключевых ферментов, требующих его структурного производства, поэтому ставит его расширенный генетический код в положительный отбор. [ 29 ]
Редкий смысл кодон переназначение
[ редактировать ]В дополнение к янтарному кодону, для использования также рассматривались кодоны редкого смысла. Кодовые коды AGG для аргинина, но штамм был успешно модифицирован, чтобы сделать его код для 6- n- Malyloxycarbonyl-Lysine. [ 30 ] Другим кандидатом является кодон AUA, который является необычным в том смысле, что его соответствующая тРНК должна дифференцироваться от AUG, что кодирует метионин (изначально, изолецин, следовательно, его местоположение). Для этого у AUA есть специальная база, лизидин. Удаление синтазы ( TILS ) была возможна благодаря замене нативной тРНК на состав Mycoplasma Mobile (без лизидина). Уменьшенная физическая форма является первым шагом к давлению на штамм, чтобы потерять все экземпляры AUA, что позволяет использовать его для расширения генетического кода. [ 31 ]
Штамм E. coli Syn61 - это вариант, в котором все использование кодонов TCG (Ser), TCA (Ser), TAG (Stop) удаляются с использованием синтетического генома (см. § Recoded Synthetic Genome ниже). Удаляя ненужные гены тРНК и RF1, был продуцирован деформация Syn61Δ3. Затем три освобожденных кодона становятся доступными для добавления трех специальных остатков, как показано в штамме «Syn61Δ3 (EV4)». [ 32 ]
Четыре базовых (четырехместные) кодоны
[ редактировать ]В то время как триплетные кодоны являются основой генетического кода в природе, запрограммированный +1 FrameShift является естественным процессом, который позволяет использовать четырехнуклеотидную последовательность (кодон четырехлета) для кодирования аминокислоты. [ 33 ] Недавние разработки в области генетического кода также показали, что четырехлетный кодон может быть использован для кодирования нестандартных аминокислот в экспериментальных условиях. [ 34 ] [ 35 ] [ 36 ] Это позволило одновременно использовать две неестественные аминокислоты: P -азидофенилаланин (PASF) и N6-[(2-пропипинилокси) карбонил] лизин (CAK), которые сшивают друг с другом с помощью циклического цикла Huisgen . [ 37 ] Четырехдельное декодирование у нерекодированных штаммов дикого типа очень неэффективно. [ 37 ] Это связано с тем фактом, что взаимодействие между инженерными тРНК с тройными комплексами или другими компонентами трансляции не так выгодно и сильнее, как в элементах эндогенных трансляции клеток. [ 38 ] Эта проблема может быть преодолена с помощью специально инженерной и развивающейся тРНК, которая может декодировать четырехлетные кодоны у нерекодированных штаммов. [ 39 ] Таким образом могут быть получены до 4 различных четырех четырех парах ортогональных тРНК/тРНК -синтетазы. [ 40 ] Подход к декодированию кодона в четыре раза также был применен для построения вакцины против ВИЧ-1. [ 41 ]
ТРНА/Синтетаза Пара
[ редактировать ]Другим ключевым элементом является пара тРНК/синтетазы.
Ортологичный набор синтетазы и тРНК может быть мутирован и скринин через направленную эволюцию, чтобы зарядить тРНК другой, даже новой аминокислотой. Мутации в плазмиду, содержащую пару, могут быть введены с помощью ошибки ПЦР или с помощью вырожденных праймеров для активного сайта синтетазы. Выбор включает в себя множество раундов двухэтапного процесса, где плазмида переносится в клетки, экспрессирующие хлорамфеникол ацетилтрансферазу с преждевременным янтарным кодоном. В присутствии токсического хлорамфеникола и не натуральной аминокислоты выжившие клетки будут переопределять янтарный кодон, используя ортогональную тРНК, аминоацилированную либо стандартными аминокислотами, либо не натуральным. Чтобы удалить первое, плазмида вставляется в клетки с геном барназы (токсичным) с преждевременным янтарным кодоном, но без натуральной аминокислоты, удаляя все ортогональные синтезы, которые специально не распознают не натуральную аминокислоту. [ 6 ] В дополнение к перекодированию тРНК к другому кодону, их можно мутировать, чтобы распознать четырех базовый кодон, позволяя дополнительные бесплатные параметры кодирования. [ 42 ] Неснатуральная аминокислота, в результате, вводит различные физико-химические и биологические свойства, чтобы использовать в качестве инструмента для изучения структуры и функции белка или для создания нового или усиленного белка для практических целей.

Ортогональные наборы в модельных организмах
[ редактировать ]Ортогональные пары синтетазы и тРНК, которые работают для одного организма, могут не работать для другого, поскольку синтетаза может неправильно аминоацилат эндогенные тРНК или тРНК быть неверно-аминоаацилировалась эндогенной синтетазой. В результате наборы, созданные на сегодняшний день, различаются между организмами.
В этом разделе отсутствует информация об использованном кодоне и новом AA; Рассмотрим тРНК Тир CUA форматирование. ( Март 2019 г. ) |
Пара | Источник | Э. Коли | Дрожжи | Млекопитающие | Примечания и ссылки |
---|---|---|---|---|---|
трна Тир -Tyrrs | Methanococcus jannaschii | Да | Нет | Нет | |
трна Свет –Lysrs | Pyrococcus horikoshii | Да | Нет | Нет | [ 43 ] |
трна Глю - Гульны | Pyrococcus horikoshii | Да | Нет | Нет | [ 44 ] |
трна Лея -Их | TRNA: Mutant Halobacterium sp. RS: Methanobacterium thermoautotrophicum |
Да | Нет | Нет | [ 45 ] |
трна Янтарь -Пилрс | Methanosarcina Barkeri и Methanosarcina Mazei | Да | Да | Да | [ 46 ] |
трна Янтарь -3 -йодотирозил -rs | RS: вариант Methanocaldococcus jannaschii aars | Да | Нет | Нет | [ 47 ] |
трна Tyr/Amber -Tyrrs | Они продемонстрировали холод | Нет | Да | Нет | Сообщается в 2003 году, [ 48 ] упомянуто в 2014 году их [ 49 ] |
трна i Met -Glnrs | ТРНА: ЧЕЛОВЕК RS: Escherichia coli |
Нет | Да | Нет | Переключился на янтарный кодон. [ 50 ] |
трна я fmet -Tyrrs | ТНК: Escherichia coli RS: S. cerevisiae |
Да | Да | Нет | Переключился на янтарный кодон. [ 50 ] |
трна Leu/Amber -Их | Они продемонстрировали холод | Нет | Да | Да | Сообщается в 2004 году и мутировал для 2 -аминооктановой кислоты, о -метилдирозина и о -нитробензилцистеина. [ 49 ] Эволюционировал в дрожжах для 4,5-диметокси-2-нитробензил-серин, [ 51 ] [ 52 ] Протестировано у мышей и клеток млекопитающих с фоточувствительным 4,5-диметокси-2-нитробензил-цистеином. [ 53 ] [ 54 ] |
трна Тир -Tyrrs | Bacillus stearothermophilus | Нет | Нет | Да | [ 9 ] |
трна TRP -Trprs | Bacillus subtilis , RS модифицирован | Нет | Нет | Да | Новый AA-5-OH TRP. [ 55 ] |
В 2017 году сообщалось о мышью, спроектированной с расширенным генетическим кодом, которая может производить белки с неестественными аминокислотами. [ 56 ]
Ортогональные рибосомы
[ редактировать ]Подобно ортогональным тРНК и аминоацил -синтетазам (AARS), ортогональные рибосомы были разработаны для работы параллельно натуральным рибосомам. Ортогональные рибосомы в идеале используют различные транскрипты мРНК, чем их естественные аналоги, и, в конечном итоге, также должны опираться на отдельный пул тРНК. Это должно облегчить некоторую потерю пригодности, которая в настоящее время все еще возникает из -за таких методов, как подавление янтарного кодона. Кроме того, ортогональные рибосомы могут быть мутированы и оптимизированы для определенных задач, таких как распознавание четырехлетных кодонов. Такая оптимизация невозможна или не в значительной степени невыгодной для натуральных рибосомов.
О-рибосома
[ редактировать ]В 2005 году были опубликованы три набора рибосом, которые не распознавали естественную мРНК, но вместо этого переводили отдельный пул ортогональной мРНК (O-мРНК). [ 57 ] Это было достигнуто путем изменения последовательности распознавания мРНК, последовательности сияния-далгарно и соответствующей последовательности распознавания в 16S рРНК рибосомов, так называемой анти-син-далгарно-последовательности. Таким образом, спаривание оснований, которое обычно теряется, если какая -либо последовательность мутирует, остается доступным. Однако мутации в 16S рРНК не ограничивались явно основательными нуклеотидами классической последовательности анти-син-далгарно.
Рибо-х
[ редактировать ]В 2007 году группа Джейсона В. Чин представила ортогональную рибосому, которая была оптимизирована для подавления янтарного кодона. [ 58 ] 16S рРНК была мутирована таким образом, что она связала фактор высвобождения RF1 менее сильно, чем естественная рибосома. Эта рибосома не устраняла проблему пониженной клеточной пригодности, вызванной подавленными стоп -кодонами в природных белках. Однако благодаря улучшению специфичности он значительно повысил доходность правильного синтезированного белка -мишени (от ~ 20% до> 60% для одного янтарного кодона, который должен быть подавлен и от <1% до> 20% для двух амперных кодонов).
Рибо-Q.
[ редактировать ]В 2010 году группа Джейсона У. Чин представила еще одну оптимизированную версию ортогональной рибосомы. RIBO-Q представляет собой 16S рРНК, оптимизированную для распознавания ТРНК, у которых есть четырехместные антикодоны, чтобы распознавать четырехлетные кодоны, а не естественные триплетные кодоны. [ 37 ] При таком подходе количество возможных кодонов возрастает с 64 до 256. Даже учет различных стоп -кодонов, более 200 различных аминокислот могут быть потенциально кодироваться таким образом.
Рибосома сшивание
[ редактировать ]Ортогональные рибосомы, описанные прежде всего, фокусируются на оптимизации 16S рРНК. До настоящего времени эта оптимизированная 16S рРНК была объединена с естественными большими субъединицами для образования ортогональных рибосомов. Если 23S рРНК, основной РНК-компонент большой рибосомной субъединицы, также должен быть оптимизирован, должно быть уверено, что в сборке ортогональных и натуральных рибосомов не было (см. Figurex B). Чтобы гарантировать, что оптимизированная 23S рРНК будет образоваться только в рибосомы с оптимизированной 16S рРНК, две RRNA были объединены в одну транскрипцию. [ 59 ] Вставив последовательность для 23S рРНК в петлевую региону последовательности 16S рРНК, обе субъединицы по-прежнему принимают функционирующие складки. Поскольку два RRNA связаны и, следовательно, в постоянной близости, они предпочтительно связывают друг друга, а не другие свободные рибосомные субъединицы. [ Цитация необходима ]
Инженерный пептидил -трансферазный центр
[ редактировать ]В 2014 году было показано, что, изменяя центр пептидилтрансферазы 23S рРНК, могут быть созданы рибосомы, которые опираются на ортогональные бассейны тРНК. [ 60 ] 3 'конец ТРНК универсально сохраняется, чтобы быть CCA. Два пары основания цитидинов с двумя гуанинами 23S рРНК для связывания тРНК с рибосомой. Это взаимодействие требуется для переводной верности. Тем не менее, путем совместного удара связывающих нуклеотидов таким образом, что они все еще могут основывать пару, трансляционная верность может быть сохранена. 3'-конец тРНК мутируется от CCA до CGA, в то время как два цитидиновых нуклеотида в рибосомах A- и P-сайты мутируют до гуанидина. Это приводит к рибосомам, которые не принимают природные тРНК в качестве субстратов и к тРНК, которые не могут быть использованы в качестве субстрата естественными рибосомами.
Чтобы эффективно использовать такие тРНК, они должны быть аминоацилированы конкретными ортогональными AARS. Наиболее естественно встречающиеся AARS распознают 3'-конец их соответствующей тРНК. [ 61 ] [ 62 ] AARS для этих 3'-мутированных тРНК еще недоступны. До настоящего времени была показано, что эта система работает только в настройке трансляции in vitro , где аминоацилирование ортогональной тРНК было достигнуто с использованием так называемых «гибковых». Флексизимы представляют собой рибозимы с тРНК-амино-аклилирующим активностью. [ 63 ]
Приложения
[ редактировать ]При расширенном генетическом коде неестественная аминокислота может быть генетически направлена на любой выбранный сайт в интересующем белке. размещением модификации по сравнению с модификацией белка пост- трансляционного Высокая эффективность и верность этого процесса обеспечивают лучшее контроль над Аминогруппа лизина. [ 64 ] Кроме того, расширенный генетический код позволяет проводить модификации in vivo . Способность к специфично-специфическому участку лабораторных химических фрагментов в белки позволяет многим типам исследований, которые в противном случае были бы чрезвычайно сложными, например::
- Зесоцирующая структура и функция белка: с помощью аминокислот с немного различным размером, такими как о -метилтирозин или данилаланин вместо тирозина, и путем вставки генетически кодируемых репортерных фрагментов (изменяющие цвет и/или спин-активные) в выбранные сайты белка, химическая информация о структуре и функции белка могут быть измерены.
- Исследование роли посттрансляционных модификаций в структуре и функции белка: с помощью аминокислот, которые имитируют посттрансляционные модификации, такие как фосфосерин, биологически активный белок можно получить, и сайт-специфическая природа аминокислота может привести к информации о том, как положение, плотность и распределение функции белка -фосфорилирования белка. [ 65 ] [ 66 ] [ 67 ] [ 68 ]
- Идентификация и регулирование активности белка: с использованием аминоцидов в фотоокусах, функция белка может быть «включена или выключена путем освещения организма».
- Изменение режима действия белка: можно начать с гена для белка, который связывает определенную последовательность ДНК и, вставляя химически активную аминокислоту в сайт связывания, преобразуйте его в белок, который разрезает ДНК, а не связывая это.
- Улучшение иммуногенности и преодоления самостоятельности: заменив стратегически выбранные тирозины на P -Nitro фенилаланин, переносимый самопротеин может быть иммуногенным. [ 69 ]
- Селективное разрушение выбранных клеточных компонентов: использование расширенного генетического кода, неестественных, разрушительных химических фрагментов (иногда называемых «химическими боеголовками») может быть включено в белки, которые нацелены на определенные клеточные компоненты. [ 70 ]
- Производство лучшего белка: эволюция бактериофагов T7 на невообразовании штамма кишечной палочки , который кодировал 3-эйдотирозин на янтарном кодоне, приводил к прихожу от популяции, чем дикий тип благодаря присутствию йодотирозина в его протеоме [ 71 ]
- Распывающая локализация белка и взаимодействие белка белка в бактериях. [ 72 ]
Будущее
[ редактировать ]Расширение генетического кода все еще находится в зачаточном состоянии. Текущая методология использует только одну нестандартную аминокислоту в то время, тогда как в идеале можно использовать множественные. Фактически, группа Джейсона Чин недавно побила рекорд для генетически перекодированного штамма E. coli , который может одновременно включать до 4 неестественных аминокислот. [ 73 ] Более того, была разработана разработка в программном обеспечении, которое позволяет комбинации ортогональных рибосом и неестественных пар тРНК/RS, чтобы улучшить выход и верность белка. [ 73 ]
Перекодированный синтетический геном
[ редактировать ]Одним из способов достижения кодирования множественных неестественных аминокислот является синтезирование переписанного генома. [ 74 ] В 2010 году был построен за 40 миллионов долларов организм, Mycoplasma Laboratorium , который контролировался синтетическим, но не перекодированным геномом. [ 75 ] Первый генетически перекодированный организм был создан в результате сотрудничества между лабораториями Джорджа Черч и Фаррена Исаака, когда дикий тип E. coli MG1655 был перекодирован таким образом, что все 321 известные кодоны (UAG) были заменены синонимичными кодонами UAA и выпуском Фактор 1 был выбит, чтобы устранить взаимодействие с экзогенным стоп -кодоном и улучшить неестественный синтез белка. [ 28 ] В 2019 году была создана Escherichia coli Syn61, с 4 -мегабазой, перекодированным геномом, состоящим только из 61 кодонов вместо Natural 64. [ 3 ] [ 2 ] В дополнение к устранению использования редких кодонов, специфичность системы должна быть увеличена, так как многие тРНК распознают несколько кодонов [ 74 ]
Расширенный генетический алфавит
[ редактировать ]Другой подход заключается в расширении количества нуклеобаз для увеличения пропускной способности кодирования.
Неестественная пара оснований (UBP) представляет собой разработанную субъединицу (или нуклеобазу ) ДНК , которая создается в лаборатории и не встречается в природе. Демонстрация UBP была достигнута in vitro группой Ичиро Хирао в Институте Рикена в Японии. В 2002 году они разработали неестественную пару оснований между 2-амино-8- (2-титил) пуриновым (S) и пиридин-2-ой (Y), который функционирует in vitro в транскрипции и трансляции для специфического для сайта включения не -Таминокислоты в белках. [ 76 ] В 2006 году они создали 7- (2-ти-тихие) имидазо [4,5-B] пиридин (DS) и пиррол-2-карбальдегид (PA) в качестве третьей пары оснований для репликации и транскрипции. [ 77 ] После этого DS и 4- [3- (6-аминогексанамидо) -1-пропипин] -2-нитропиррол (PX) были обнаружены в виде пары с высокой точностью при амплификации ПЦР. [ 78 ] [ 79 ] В 2013 году они применили пару DS-PX к генерации аптамеров ДНК с помощью отбора in vitro (SELEX) и продемонстрировали генетическое расширение алфавита, значительно увеличивающее атамеры аптамеров ДНК к целевым белкам. [ 80 ]
В 2012 году группа американских ученых во главе с Флойдом Ромесбергом, химическим биологом из Научно -исследовательского института Scripps в Сан -Диего, штат Калифорния, опубликовала, что его команда разработала неестественную базовую пару (UBP). [ 81 ] Два новых искусственных нуклеотида или неестественная пара оснований (UBP) были названы « D5SICS » и « DNAM ». Более технически, эти искусственные нуклеотиды , несущие гидрофобные нуклеобазы , оснащены двумя плавными ароматическими кольцами , которые образуют комплекс (D5SICS -DNAM) или пара оснований в ДНК. [ 82 ] [ 83 ] В 2014 году та же команда из исследовательского института Scripps сообщила, что они синтезировали множество круговой ДНК, известной как плазмида , содержащая естественные пары оснований TA и CG, а также наиболее эффективную лабораторию UBP Romesberg, и вставьте ее в клетки общего. Bacterium E. coli , которая успешно воспроизводила неестественные пары оснований в течение нескольких поколений. [ 84 ] Это первый известный пример живого организма, передающего расширенный генетический код последующим поколениям. [ 82 ] [ 85 ] Частично это было достигнуто за счет добавления поддерживающего гена водорослей, который экспрессирует переносчика нуклеотида трифосфата , который эффективно импортирует трифосфаты как D5SICSTP, так и DNAMTP в бактерии E. coli . [ 82 ] Затем, натуральные пути репликации бактерий используют их для точной воспроизведения плазмиды , содержащей D5SICS -DNAM.
Успешное включение третьей пары оснований в живой микроорганизм является значительным прорывом к цели значительного расширения количества аминокислот , которые могут быть кодированы ДНК, тем самым расширяя потенциал для живых организмов для производства новых белков . [ 84 ] Искусственные строки ДНК еще не кодируют ни за что, но ученые предполагают, что они могут быть разработаны для производства новых белков, которые могут иметь промышленное или фармацевтическое использование. [ 86 ]
В мае 2014 года исследователи объявили, что они успешно ввели два новых искусственных нуклеотида в бактериальную ДНК, и, включив отдельные искусственные нуклеотиды в культуральные среды, были способны вызвать амплификацию плазмид, содержащих искусственные нуклеотиды, в 2 x 10 7 (24 удвоения); Они не создавали мРНК или белки, способные использовать искусственные нуклеотиды. [ 82 ] [ 87 ] [ 88 ] [ 89 ]
Связанные методы
[ редактировать ]Метод селективного включения давления (SPI) для производства аллопротеинов
[ редактировать ]Было много исследований, которые продуцировали белок с нестандартными аминокислотами, но они не изменяют генетический код. Этот белок, называемый аллопротеином , производится путем инкубации клеток с неестественной аминокислотой в отсутствие аналогичной кодируемой аминокислоты, чтобы первое была включена в белок вместо последней, например L -2 -аминогексановой кислоты (кислота (например, L -2 -аминогексановая кислота (например, L -2 -аминогексановая кислота (например, L -2 -аминогексановая кислота ( L -2 -аминогексановая кислота ( например, L -2 -аминогексановая кислота AHX) для метионина (MET). [ 90 ]
Эти исследования основаны на естественной беспорядочной активности аминоацил -синтетазы, чтобы добавить к ее мишени неестественной аминокислоты (аналога IE), аналогичного природному субстрату, например, ошибочный изолецин метиониель-тРНК-синтазы для метионина. [ 91 ] Например, в кристаллографии белка добавление селенометионина в среду культуры метионино-оаксотрофического штамма приводит к белкам, содержащим селенометионин, в отличие от метионина ( а именно мультиволновая аномальная дисперсия по разуму). [ 92 ] Другим примером является то, что фотолейцин и фотометионин добавляются вместо лейцина и метионина к меж-мельничному белку. [ 93 ] Аналогичным образом, некоторые телеяные грибы теллуриум могут включать в себя теллуроцистеин и теллуврометинин в свой белок вместо цистеина и метионина. [ 94 ] Цель расширения генетического кода является более радикальной, поскольку он не заменяет аминокислоту, но добавляет одну или несколько в код. С другой стороны, замены всего протеома наиболее эффективно выполняются глобальными аминокислотными заменами. Например, глобальные замены природных аминокислот с фторированными аналогами были предприняты в E.coli [ 95 ] и B. subtilis . [ 96 ] Полная замена триптофана на тиенопиррол-аланина в ответ на кодоны UGG в 20899 году в E. coli была зарегистрирована в 2015 году Будисом и Соллом . [ 97 ] Более того, многие биологические явления, такие как складывание белка и стабильность, основаны на синергетических эффектах во многих положениях в последовательности белка. [ 98 ]
В этом контексте метод SPI генерирует рекомбинантные варианты белка или аллопротеины непосредственно путем замены природных аминокислот неестественными аналогами. [ 99 ] Аминокислотный ауксотрофный хозяин экспрессии дополняется аналогом аминокислот во время экспрессии белка -мишени. [ 100 ] Этот подход позволяет избежать ловушек методов, основанных на подавлении [ 101 ] И это превосходит его с точки зрения эффективности, воспроизводимости и чрезвычайно простой экспериментальной установки. [ 102 ] Многочисленные исследования показали, как глобальная замещение канонических аминокислот различными изостериными аналогами вызывала минимальные структурные возмущения, но драматические изменения в термодинамических, [ 103 ] Складывание, [ 104 ] агрегация [ 105 ] спектральные свойства [ 106 ] [ 107 ] и ферментативная активность. [ 108 ]
in vitro синтез
[ редактировать ]Расширение генетического кода, описанное выше, является in vivo . Альтернативой является изменение кодирования in vitro экспериментов по переводу . Это требует истощения всех тРНК и селективного реинтродукции определенных аминоацилированных TRNAS, некоторые химически аминоацилированные. [ 109 ]
Химический синтез
[ редактировать ]Существует несколько методов для химического производства пептидов , как правило, это с помощью твердофазной защиты химии. Это означает, что любая (защищенная) аминокислота может быть добавлена в зарождающуюся последовательность. [ Цитация необходима ]
В ноябре 2017 года команда из Научно-исследовательского института Scripps сообщила, что построила полусинтетический геном бактерий E. coli с использованием шести различных нуклеотидов (по сравнению с четырьмя, найденными в природе). Две дополнительные «буквы» образуют третью неестественную пару оснований. Полученные организмы были способны процветать и синтезировать белки, используя «неестественные аминокислоты». [ 110 ] [ 111 ] Используемая неестественная пара оснований является DNAM -DTPT3. [ 111 ] Эта неестественная пара оснований была продемонстрирована ранее, [ 112 ] [ 113 ] Но это первый отчет о транскрипции и трансляции белков с использованием неестественной пары оснований.
Смотрите также
[ редактировать ]- Биоинженерия
- Направленная эволюция
- Хахимоджи ДНК
- Список генетических кодов
- Аналог нуклеиновой кислоты
- Небелкогенные аминокислоты
- Белковая маркировка
- Белковые методы
- Синтетическая биология
- Ксенобиология
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Xie J, Schultz PG (декабрь 2005 г.). «Добавление аминокислот в генетический репертуар». Современное мнение о химической биологии . 9 (6): 548–54. doi : 10.1016/j.cbpa.2005.10.011 . PMID 16260173 .
- ^ Jump up to: а беременный Циммер С (15 мая 2019 г.). Ученые создали бактерии с синтетическим геномом. Это искусственная жизнь? « New York Times . Получено 16 мая 2019 года .
- ^ Jump up to: а беременный Fredens J, Wang K, De La Torre D, Funke LF, Robertson WE, Christova Y, et al. (Май 2019). «Полный синтез Escherichia coli с перекодированным геномом» . Природа . 569 (7757): 514–518. Bibcode : 2019natur.569..514f . doi : 10.1038/s41586-019-1192-5 . PMC 7039709 . PMID 31092918 .
- ^ Kubyshkin V, Acevedo-Rocha CG, Budisa N (февраль 2018 г.). «О универсальных кодирующих событиях в биогенезе белка» . Биосистемы . 164 : 16–25. Bibcode : 2018bisys.164 ... 16K . doi : 10.1016/j.biosystems.2017.10.004 . PMID 29030023 .
- ^ Kubyshkin V, Budisa N (август 2017 г.). «Синтетическое отчуждение микробных организмов с использованием инженерии генетического кода: почему и как?». Биотехнологический журнал . 12 (8): 1600097. DOI : 10.1002/Biot.201600097 . PMID 28671771 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый и фон Ван Л., Брок А., Герберих Б., Шульц П.Г. (апрель 2001 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli». Наука . 292 (5516): 498–500. Bibcode : 2001sci ... 292..498W . doi : 10.1126/science.1060077 . PMID 11313494 . S2CID 6702011 .
- ^ Jump up to: а беременный Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж., Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки (5 -е изд.). Нью -Йорк: Гарлендская наука. ISBN 978-0-8153-4105-5 .
- ^ Woese CR, Olsen GJ, Ibba M, Söll D (март 2000 г.). «Аминоацил-тРНК-синтетазы, генетический код и эволюционный процесс» . Микробиология и молекулярная биология обзоры . 64 (1): 202–36. doi : 10.1128/mmbr.64.1.202-236.2000 . PMC 98992 . PMID 10704480 .
- ^ Jump up to: а беременный Сакамото К., Хаяси А., Сакамото А., Кига Д., Накаяма Х., Сома А. и др. (Ноябрь 2002). «Сайт-специфическое включение неестественной аминокислоты в белки в клетках млекопитающих» . Исследование нуклеиновых кислот . 30 (21): 4692–9. doi : 10.1093/nar/gkf589 . PMC 135798 . PMID 12409460 .
- ^ Jump up to: а беременный в Liu CC, Schultz PG (2010). «Добавление новой химии в генетический код». Ежегодный обзор биохимии . 79 : 413–44. doi : 10.1146/annurev.biochem.052308.105824 . PMID 20307192 .
- ^ Summerer D, Chen S, Wu N, Deiters A, Chin JW, Schultz PG (июнь 2006 г.). «Генетически кодируемая флуоресцентная аминокислота» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (26): 9785–9. Bibcode : 2006pnas..103.9785s . doi : 10.1073/pnas.0603965103 . PMC 1502531 . PMID 16785423 .
- ^ Jump up to: а беременный Steinfeld JB, Aerni HR, Rogulina S, Liu Y, Rinehart J (май 2014). «Расширенные клеточные аминокислотные пулы, содержащие фосфосерин, фосфотреонин и фосфотирозин» . ACS Химическая биология . 9 (5): 1104–12. doi : 10.1021/cb5000532 . PMC 4027946 . PMID 24646179 .
- ^ Фюртер R (февраль 1998 г.). «Расширение генетического кода: сайт-ориентированное P-фтор-фенилаланиновое включение в Escherichia coli» . Белковая наука . 7 (2): 419–26. doi : 10.1002/pro.5560070223 . PMC 2143905 . PMID 9521119 .
- ^ Wang L, Xie J, Schultz PG (2006). «Расширение генетического кода». Ежегодный обзор биофизики и биомолекулярной структуры . 35 : 225–49. doi : 10.1146/annurev.biophys.35.101105.121507 . PMID 16689635 .
- ^ Young TS, Schultz PG (апрель 2010 г.). «Помимо канонических 20 аминокислот: расширение генетического лексикона» . Журнал биологической химии . 285 (15): 11039–44. doi : 10.1074/jbc.r109.091306 . PMC 2856976 . PMID 20147747 .
- ^ Jump up to: а беременный «Лаборатория Питера Г. Шульца» . Schultz.scripps.edu. Архивировано с оригинала 2018-07-12 . Получено 2015-05-05 .
- ^ Cardillo G, Gentilucci L, Tolomelli A (март 2006 г.). «Необычные аминокислоты: синтез и введение в природные пептиды и биологически активные аналоги». Мини -обзоры по лекарственной химии . 6 (3): 293–304. doi : 10.2174/1389555706776073394 . PMID 16515468 .
- ^ Мел Р.А., Андерсон Дж.С., Санторо С.В., Ван Л., Мартин А.Б., Кинг Д.С., Хорн Д.М., Шульц П.Г. (январь 2003 г.). «Генерация бактерии с 21 аминокислотным генетическим кодом». Журнал Американского химического общества . 125 (4): 935–9. doi : 10.1021/ja0284153 . PMID 12537491 .
- ^ «Контекст :: 21-аминокислотные бактерии: расширение генетического кода» . Straddle3.net . Получено 2015-05-05 .
- ^ Koonin EV, Новожилов как (февраль 2009 г.). «Происхождение и эволюция генетического кода: универсальная загадка» . Жизнь iubmb . 61 (2): 99–111. Arxiv : 0807.4749 . doi : 10.1002/iub.146 . PMC 3293468 . PMID 19117371 .
- ^ Малой С.Р., Долина Джозеф Стюарт В.Дж., Тейлор Р.К. (1996). Генетический анализ патогенных бактерий: лабораторное руководство . Нью -Йорк: лаборатория Cold Spring Harbour. ISBN 978-0-87969-453-1 .
- ^ Normanly J, Kleina LG, Masson JM, Abelson J, Miller JH (июнь 1990 г.). «Строительство генов тРНК Escherichia coli Amber Dupressor TRNA. III. Определение специфичности тРНК». Журнал молекулярной биологии . 213 (4): 719–26. doi : 10.1016/s0022-2836 (05) 80258-x . PMID 2141650 .
- ^ Wang L, Magliery TJ, Liu DR, Schultz PG (2000). «Новая функциональная супрессора тРНК/аминоацил-тРНК-синтетаза для включения in vivo неестественных аминокислот в белки» (PDF) . J. Am. Химический Соц 122 (20): 5010–5011. doi : 10.1021/ja000595y . Архивировано из оригинала (PDF) 2011-09-27 . Получено 2010-12-02 .
- ^ Wang L, Brock A, Schultz PG (март 2002 г.). «Добавление L-3- (2-нафтил) аланин в генетический код E. coli». Журнал Американского химического общества . 124 (9): 1836–7. doi : 10.1021/ja012307j . PMID 11866580 .
- ^ Чин Дж.В., Мартин А.Б., Кинг Д.С., Ван Л., Шульц П.Г. (август 2002 г.). «Добавление аминокислоты Photocrossling в генетический код Escherichia coli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (17): 11020–4. Bibcode : 2002pnas ... 9911020c . doi : 10.1073/pnas.172226299 . PMC 123203 . PMID 12154230 .
- ^ Эрни Хр, Шифман М.А., Рогулина С., О'Донохью П., Райнехарт Дж (январь 2015 г.). «Выявление аминокислотного состава белков в расширенном генетическом коде» . Исследование нуклеиновых кислот . 43 (2): E8. doi : 10.1093/nar/gku1087 . PMC 4333366 . PMID 25378305 .
- ^ Исаакс Ф.Дж., Карр П.А., Ван Х.Х., Ладжой М.Дж., Стерлинг Б., Краал Л. и др. (Июль 2011). «Точная манипуляция с хромосом in vivo позволяет заменить кодон по всему геному» . Наука . 333 (6040): 348–53. Bibcode : 2011sci ... 333..348i . doi : 10.1126/science.1205822 . PMC 5472332 . PMID 21764749 .
- ^ Jump up to: а беременный Lajoie MJ, Rovner AJ, Goodman DB, Aerni HR, Haimovich AD, Kuznetsov G, et al. (Октябрь 2013). «Геномически перекодированные организмы расширяют биологические функции» . Наука . 342 (6156): 357–60. Bibcode : 2013sci ... 342..357L . doi : 10.1126/science.1241459 . PMC 4924538 . PMID 24136966 .
- ^ Mandell DJ, Lajoie MJ, Mee Mt, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE, et al. (Февраль 2015 г.). «Биоконтрация генетически модифицированных организмов с помощью синтетического дизайна белка» . Природа . 518 (7537): 55–60. Bibcode : 2015natur.518 ... 55M . doi : 10.1038/nature14121 . PMC 4422498 . PMID 25607366 .
- ^ Zeng Y, Wang W, Liu WR (август 2014 г.). «Чтобы переназначить редкий кодон AGG в Escherichia coli» . Химбиохим . 15 (12): 1750–4. doi : 10.1002/cbic.201400075 . PMC 4167342 . PMID 25044341 .
- ^ Bohlke N, Budisa N (февраль 2014 г.). «Основное эмансипация кодона для во всем протеоме включено неканонических аминокислот: редкий изолециновый кодон AUA в качестве мишени для расширения генетического кода» . Письма микробиологии FEMS . 351 (2): 133–44. doi : 10.1111/1574-6968.12371 . PMC 4237120 . PMID 24433543 .
- ^ Робертсон, Уэсли Э.; Функе, Луиза Ф.Х.; де ла Торре, Даниэль; Фреденс, Юлий; Эллиотт, Томас С.; Спинк, Мартин; Кристова, Йонка; Черветтини, Даниэле; Böge, Franz L.; Лю, Ким С.; Благосад, Сальвадор; Маслен, Сара; Салмонд, Джордж ПК; Чин, Джейсон В. (4 июня 2021 года). «Перераспределение Sense Codon обеспечивает устойчивость к вирусам и кодируемому синтезу полимера» . Наука . 372 (6546): 1057–1062. Bibcode : 2021sci ... 372.1057R . doi : 10.1126/science.abg3029 . PMC 7611380 . PMID 34083482 .
- ^ Аткинс, JF; Bjoerk, Gr "Захватывающая сказка о рибосомном рамке: экстрагенные супрессоры мутаций FrameShift Spotlight P-Site Redignment". Микробиол. Мол Биол. Rev. 2009, 73, 178-210.
- ^ Андерсон, JC; Wu, n.; Санторо, SW; Лакшман, В.; Король, DS; Schultz, PG «Расширенный генетический код с функциональным кодоном в четырех четырех лет». Прокурор Нат. Академический Наука США 2004, 101, 7566-7571.
- ^ Neumann, H.; Ван, К.; Дэвис, Л.; Garcia-Alai, M.; Подбородок, JW «Кодирование множественных неестественных аминокислот посредством эволюции декомодирующей четырехлетней рибосомы». Nature 2010, 464, 441-444.
- ^ Niu, w.; Schultz, pg; Го Дж. ACS Chem. Биол. 2013, 8, 1640-1645.
- ^ Jump up to: а беременный в Neumann H, Wang K, Davis L, Garcia-Alai M, Chin JW (март 2010 г.). «Кодирование множественных неестественных аминокислот посредством эволюции декосомы в четыре раза» . Природа . 464 (7287): 441–4. Bibcode : 2010natur.464..441n . doi : 10.1038/nature08817 . PMID 20154731 . S2CID 4390989 .
- ^ Hong S, Sunita S, Maehigashi T, Hoffer ED, Dunkle JA, Dunham CM (октябрь 2018 г.). «Механизм тРНК-опосредованного +1 рибосомального кадрирования» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 115 (44): 11226–11231. Bibcode : 2018pnas..11511226H . doi : 10.1073/pnas.1809319115 . PMC 6217423 . PMID 30262649 .
- ^ Niu, W., Schultz, PG и Guo, J. (2013) Расширенный генетический код в клетках млекопитающих с функциональным кодоном в четыре раза. ACS Chem Biol 8, 1640-1645.
- ^ Debenedictis EA, Carver GD, Chung CZ, Söll D, Badran AH (сентябрь 2021 г.). «Мультиплексное подавление четырех четырех четырехместных кодонов через эволюцию, направленную на тРНК» . Природная связь . 12 (1): 5706. Bibcode : 2021Natco..12.5706d . doi : 10.1038/s41467-021-25948-y . PMC 8481270 . PMID 34588441 .
- ^ Chen, Y., Wan, Y., Wang, N., Yuan, Z., Niu, W., Li, Q., and Guo, J. (2018). Контроль репликации геномно перекодированного ВИЧ-1 с Функциональный кодон четырехлета в клетках млекопитающих. ACS Synth. Биол. 7, 1612-1617.
- ^ Ватанабе Т., Муранака Н., Хохсака Т (март 2008 г.). «Многопосредованный кодоном кодон мутагенез насыщений в бесклеточной системе трансляции». Журнал биологии и биоинженерии . 105 (3): 211–5. doi : 10.1263/jbb.105.211 . PMID 18397770 .
- ^ Anderson JC, Wu N, Santoro SW, Lakshman V, King DS, Schultz PG (май 2004 г.). «Расширенный генетический код с функциональным четырехлетным кодоном» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (20): 7566–71. Bibcode : 2004pnas..101.7566a . doi : 10.1073/pnas.0401517101 . PMC 419646 . PMID 15138302 .
- ^ Санторо С.В., Андерсон Дж.С., Лакшман В., Шульц П.Г. (декабрь 2003 г.). «Архебактерий, полученная из глутамил-тРНК-синтетазы и тРНК, для не зернистого аминокислотного мутагенеза белков в эсшерики Coli » нуклеиновых кислот Исследование 31 (23): 6700–9 Doi : 10.1093/ nar/ gkg9 290271PMC 14627803PMID
- ^ Андерсон JC, Schultz PG (август 2003 г.). «Адаптация ортогональной архейной ливой лейцил-тРНК и синтетазной пары для подавления четырех базой, янтаря и опала». Биохимия . 42 (32): 9598–608. doi : 10.1021/bi034550w . PMID 12911301 .
- ^ Hancock SM, Uprety R, Deiters A, Chin JW (октябрь 2010). «Расширение генетического кода дрожжей для включения разнообразных неестественных аминокислот через пирролизил-тРНК-синтетазу/тРНК» . Журнал Американского химического общества . 132 (42): 14819–24. doi : 10.1021/ja104609m . PMC 2956376 . PMID 20925334 .
- ^ Минаба М, Като Y (март 2014 г.). «Высокодоходная система экспрессии с нулевой лишней с трансляционным переключателем с использованием специфического для сайта неестественного включения аминокислот» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (5): 1718–25. Bibcode : 2014apenm..80.1718m . doi : 10.1128/aem.03417-13 . PMC 3957627 . PMID 24375139 .
- ^ Chin JW, Cropp TA, Anderson JC, Mukherji M, Zhang Z, Schultz PG (август 2003 г.). «Расширенный эукариотический генетический код». Наука . 301 (5635): 964–7. Bibcode : 2003sci ... 301..964c . doi : 10.1126/science.1084772 . PMID 12920298 . S2CID 2376187 .
- ^ Jump up to: а беременный Wu N, Deiters A, Cropp TA, King D, Schultz PG (ноябрь 2004 г.). «Генетически кодируемая аминокислота в фотоокусах». Журнал Американского химического общества . 126 (44): 14306–7. doi : 10.1021/ja040175z . PMID 15521721 .
- ^ Jump up to: а беременный Kowal AK, Kohrer C, Rajbhandary UL (февраль 2001 г.). «Двадцать первая аминоацил-тРНК-синтетаза-супрессора пары тРНК для возможного использования в специфичном для участков в включении аминокислотных аналогов в белки у эукариот и в эубактериях» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 98 (5): 2268–73. Bibcode : 2001pnas ... 98.2268K . doi : 10.1073/pnas.031488298 . PMC 30127 . PMID 11226228 .
- ^ Lemke EA, Summerer D, Geiersanger BH, Brittain SM, Schultz PG (декабрь 2007 г.). «Контроль фосфорилирования белка с генетически кодируемой аминокислотой в фотоокусах» . Природная химическая биология . 3 (12): 769–72. doi : 10.1038/nchembio.2007.44 . PMID 17965709 .
- ^ Palei S, Buchmuller B, Wolffgramm J, Muñoz-Lopez A, Jung S, Czodrowski P, Summerer D (апрель 2020 г.). «Легкие активируемые тети-диоксигеназы показывают динамику 5-метилцитозинового окисления и реорганизации транскриптома». Журнал Американского химического общества . 142 (16): 7289–7294. doi : 10.1021/jacs.0c01193 . PMID 32286069 . S2CID 215757172 .
- ^ Kang Jy, Kawaguchi D, Coin I, Xiang Z, O'Leary DD, Slesinger PA, Wang L (октябрь 2013 г.). «Экспрессия in vivo активируемого светового калиевого канала с использованием неестественных аминокислот» . Нейрон . 80 (2): 358–70. doi : 10.1016/j.neuron.2013.08.016 . PMC 3815458 . PMID 24139041 .
- ^ Wolfgram J, Buchmiller B, Bale S, Muñoz-Lüopz A, Cancer J, Janning P, et al. (Июнь 2021 г.). «Световая активация или трансквация ДНК-мила» . Анге Стены Химия . 60 (24): 13507–13512. doi : 10,1002/any.202103945 . PMC 8251764 . PMID 33826797 .
- ^ Zhang Z, Alfonta L, Tian F, Bursulaya B, Uryu S, King DS, Schultz PG (июнь 2004 г.). «Селективное включение 5-гидрокситриптофана в белки в клетках млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (24): 8882–7. Bibcode : 2004pnas..101.8882z . doi : 10.1073/pnas.0307029101 . PMC 428441 . PMID 15187228 .
- ^ Хан С., Ян А., Ли С., Ли Х.В., Парк CB, Park HS (февраль 2017 г.). «Расширение генетического кода Mus Musculus» . Природная связь . 8 : 14568. Bibcode : 2017natco ... 814568h . doi : 10.1038/ncomms14568 . PMC 5321798 . PMID 28220771 .
- ^ Rackham O, Chin JW (август 2005 г.). «Сеть ортогональной пары мРНК рибосомы x». Природная химическая биология . 1 (3): 159–66. doi : 10.1038/nchembio719 . PMID 16408021 . S2CID 37181098 .
- ^ Ван К., Нейман Х, Пик Чу-Си, Чин Дж.В. (июль 2007 г.). «Развивающиеся ортогональные рибосомы повышают эффективность расширения синтетического генетического кода» (PDF) . Nature Biotechnology . 25 (7): 770–7. doi : 10.1038/nbt1314 . PMID 17592474 . S2CID 19683574 .
- ^ Fried SD, Schmied WH, Uttamapinant C, Chin JW (октябрь 2015). «Рибосома субъединица сшивание для ортогонального перевода в кишечной палочке» . Angewandte Chemie . 54 (43): 12791–4. doi : 10.1002/anie.201506311 . PMC 4678508 . PMID 26465656 .
- ^ Terasaka N, Hayashi G, Katoh T, Suga H (июль 2014 г.). «Парта ортогональная рибосом-трна посредством инженерии центра пептидилтрансферазы». Природная химическая биология . 10 (7): 555–7. doi : 10.1038/nchembio.1549 . PMID 24907900 .
- ^ Moras D (январь 1993 г.). 4-трем ситетазы FASEB Journal 7 (1): 79–8 doi : 10.1096/fasbej . PMID 8422978 . S2CID 46222849 .
- ^ Schimmel PR, Söll D (1979). «Аминоацил-трна синтетазы: общие особенности и распознавание трансферных РНК». Ежегодный обзор биохимии . 48 : 601–48. doi : 10.1146/annurev.bi.48.070179.003125 . PMID 382994 .
- ^ Ohuchi M, Murakami H, Suga H (октябрь 2007 г.). «Система Flexizyme: очень гибкий инструмент аминоацилирования тРНК для трансляционного аппарата». Современное мнение о химической биологии . 11 (5): 537–42. doi : 10.1016/j.cbpa.2007.08.011 . PMID 17884697 .
- ^ Wang Q, Parrish AR, Wang L (март 2009 г.). «Расширение генетического кода для биологических исследований» . Химия и биология . 16 (3): 323–36. doi : 10.1016/j.chembiol.2009.03.001 . PMC 2696486 . PMID 19318213 .
- ^ Park HS, Hohn MJ, Umehara T, Guo LT, Osborne EM, Benner J, et al. (Август 2011 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli с помощью фосфосерина» . Наука . 333 (6046): 1151–4. Bibcode : 2011sci ... 333.1151p . doi : 10.1126/science.1207203 . PMC 5547737 . PMID 21868676 .
- ^ Oza JP, Aerni HR, Pirman NL, Barber KW, Ter Haar CM, Rogulina S, et al. (Сентябрь 2015). «Надежная продукция рекомбинантных фосфопротеинов с использованием бесклеточного синтеза белка» . Природная связь . 6 : 8168. Bibcode : 2015natco ... 6.8168o . doi : 10.1038/ncomms9168 . PMC 4566161 . PMID 26350765 .
- ^ Pirman NL, Barber KW, Aerni HR, Ma NJ, Haimovich AD, Rogulina S, et al. (Сентябрь 2015). «Гибкий кодон в геномически перекодированной Escherichia coli позволяет программируемому фосфорилированию белка» . Природная связь . 6 : 8130. Bibcode : 2015natco ... 6.8130p . doi : 10.1038/ncomms9130 . PMC 4566969 . PMID 26350500 .
- ^ Rogerson DT, Sachdeva A, Wang K, Haq T, Kazlauskaite A, Hancock SM, et al. (Июль 2015). «Эффективное генетическое кодирование фосфосерина и его негидролизируемый аналог» . Природная химическая биология . 11 (7): 496–503. doi : 10.1038/nchembio.1823 . PMC 4830402 . PMID 26030730 .
- ^ Gauba V, Grünewald J, Gorney V, Deaton LM, Kang M, Bursulaya B, et al. (Август 2011 г.). «Потеря CD4-Т-клеточной толерантности к белкам с модифицированными аминокислотами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 108 (31): 12821–6. Bibcode : 2011pnas..10812821G . doi : 10.1073/pnas.1110042108 . PMC 3150954 . PMID 21768354 .
- ^ Лю С.К., Мак А.В., Брустад Э.М., Миллс Дж. Х., Грофф Д., Смидер В.В., Шульц П.Г. (июль 2009 г.). «Эволюция белков с генетически кодируемыми« химическими боеголовками » . Журнал Американского химического общества . 131 (28): 9616–7. doi : 10.1021/ja902985e . PMC 2745334 . PMID 19555063 .
- ^ Hammerling MJ, Ellefson JW, Boutz DR, Marcotte EM, Ellington AD, Barrick Je (март 2014 г.). «Бактериофаги используют расширенный генетический код по эволюционным путям к более высокой пригодности» . Природная химическая биология . 10 (3): 178–80. doi : 10.1038/nchembio.1450 . PMC 3932624 . PMID 24487692 .
- ^ Kipper K, Lundius EG, ćurrić V, Nikić I, Wiessler M, Lemke EA, Elf J (февраль 2017 г.). «Применение неканонических аминокислот для белкового лаборатория в гениально перекодированной Escheria coli» ACS Синтетическая биология 6 (2): 233–2 Doi : 10.1021/ acssynbio.6b0 27775882PMID
- ^ Jump up to: а беременный Dunkelmann DL, OEHM SB, Bitttie AT, Chin JW (август 2021 г.). «Генетический код 68-кодона для включения четырех различных неканонических аминокислот, включенных с помощью автоматизированной ортогональной конструкции мРНК» . Природная химия . 13 (11): 1110–1117. Bibcode : 2021natch..13.1110d . doi : 10.1038/s41557-021-00764-5 . PMC 7612796 . PMID 34426682 . S2CID 237271721 .
- ^ Jump up to: а беременный Кришнакумар Р., Лин Дж (январь 2014 г.). «Экспериментальные проблемы смены Sense Codon: инновационный подход к расширению генетического кода» . Письма Febs . 588 (3): 383–8. Bibcode : 2014febsl.588..383k . doi : 10.1016/j.febslet.2013.11.039 . PMID 24333334 . S2CID 10152595 .
- ^ Gibson DG, Glass Ji, Lartigue C, Noskov VN, Chuang Ry, Algire MA, et al. (Июль 2010). «Создание бактериальной клетки, контролируемой химически синтезированным геномом» . Наука . 329 (5987): 52–6. Bibcode : 2010sci ... 329 ... 52G . doi : 10.1126/science.1190719 . PMID 20488990 .
- ^ Hirao I, Ohtsuki T, Fujiwara T, Mitsui T, Yokogawa T, Okuni T, et al. (Февраль 2002 г.). «Неестественная пара оснований для включения аналогов аминокислот в белки». Nature Biotechnology . 20 (2): 177–82. doi : 10.1038/nbt0202-177 . PMID 11821864 . S2CID 22055476 .
- ^ Хирао I, Кимото М., Мицуи Т., Фудзивара Т., Кавай Р., Сато А. и др. (Сентябрь 2006 г.). «Неестественная гидрофобная система пары оснований: сайт-специфическое включение нуклеотидных аналогов в ДНК и РНК». Природные методы . 3 (9): 729–35. doi : 10.1038/nmeth915 . PMID 16929319 . S2CID 6494156 .
- ^ Кимото М., Каваи Р., Мицуи Т., Йокояма С., Хирао I (февраль 2009 г.). «Неестественная система пары оснований для эффективной амплификации ПЦР и функционализации молекул ДНК» . Исследование нуклеиновых кислот . 37 (2): E14. doi : 10.1093/nar/gkn956 . PMC 2632903 . PMID 19073696 .
- ^ Yamashige R, Kimoto M, Takzawa Y, Sato A, Mitsui T, Yokoyama S, Hirao I (март 2012 г.). «Очень специфические неестественные системы пары оснований в качестве третьей пары оснований для амплификации ПЦР» . Исследование нуклеиновых кислот . 40 (6): 2793–806. doi : 10.1093/nar/gkr1068 . PMC 3315302 . PMID 22121213 .
- ^ Кимото М., Ямашиге Р., Мацунага К., Йокояма С., Хирао I (май 2013). «Генерация высокоаффинных аптамеров ДНК с использованием расширенного генетического алфавита». Nature Biotechnology . 31 (5): 453–7. doi : 10.1038/nbt.2556 . PMID 23563318 . S2CID 23329867 .
- ^ Малишев Д.А., Дэми К., Квач Х.Т., Лавергне Т., Оркукханян П., Торкамани А., Ромсберг Фе (июль 2012 г.). «Эффективная и независимая от последовательности репликация ДНК, содержащей третью пару оснований, устанавливает функциональный генетический алфавит с шестью буквами» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 109 (30): 12005–10. Bibcode : 2012pnas..10912005M . doi : 10.1073/pnas.1205176109 . PMC 3409741 . PMID 22773812 .
- ^ Jump up to: а беременный в дюймовый Малишев Д.А., Дэми К., Лавернь Т., Чен Т., Дай Н., Фостер Дж. М. и др. (Май 2014). «Полусинтетический организм с расширенным генетическим алфавитом» . Природа . 509 (7500): 385–8. Bibcode : 2014natur.509..385m . doi : 10.1038/nature13314 . PMC 4058825 . PMID 24805238 .
- ^ Callaway E (7 мая 2014 г.). «Ученые создают первый живой организм с« искусственной »ДНК» . Nature News . Huffington Post . Получено 8 мая 2014 года .
- ^ Jump up to: а беременный Fikes BJ (8 мая 2014 г.). «Жизнь спроектирована с расширенным генетическим кодом» . Сан -Диего Юнион Трибьюн . Архивировано из оригинала 9 мая 2014 года . Получено 8 мая 2014 года .
- ^ Образец I (7 мая 2014 г.). «Первая жизнь формирует искусственную ДНК, спроектированную американскими учеными» . Хранитель . Получено 8 мая 2014 года .
- ^ Поллак A (7 мая 2014 г.). «Ученые добавляют буквы в алфавит ДНК, поднимая надежду и страх» . New York Times . Получено 8 мая 2014 года .
- ^ Поллак A (7 мая 2014 г.). «Исследователи сообщают о прорыве в создании искусственного генетического кода» . New York Times . Получено 7 мая 2014 года .
- ^ Callaway E (7 мая 2014 г.). «Первая жизнь с« инопланетной »ДНК» . Природа . doi : 10.1038/nature.2014.15179 . S2CID 86967999 . Получено 7 мая 2014 года .
- ^ Amos J (8 мая 2014 г.). «Полусинтетическая ошибка расширяет« алфавит жизни » . BBC News . Получено 2014-05-09 .
- ^ Koide H, Yokoyama S, Kawai G, Ha JM, Oka T, Kawai S, et al. (Сентябрь 1988 г.). «Биосинтез белка, содержащего непротеиновую аминокислоту Escherichia coli: L-2-аминогексановая кислота в положении 21 в эпидермальном факторе роста человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 85 (17): 6237–41. Bibcode : 1988pnas ... 85.6237K . doi : 10.1073/pnas.85.17.6237 . PMC 281944 . PMID 3045813 .
- ^ Ферла -депутат, Патрик Вм (август 2014 г.). «Бактериальный биосинтез метионина» . Микробиология . 160 (Pt 8): 1571–1584. doi : 10.1099/mic.0.077826-0 . PMID 24939187 .
- ^ Doublié S (2007). «Производство селенометионильных белков в прокариотических и эукариотических системах экспрессии» . Макромолекулярная кристаллография протоколов . Методы в молекулярной биологии. Тол. 363. С. 91–108 . doi : 10.1007/978-1-59745-209-0_5 . ISBN 978-1-58829-292-6 Полем PMID 17272838 .
- ^ Sularanek M, Radzikowska A, Thiele C (апрель 2005 г.). «Фото-лейцина и фотометинин позволяют идентифицировать взаимодействия белка белка в живых клетках» . Природные методы . 2 (4): 261–7. doi : 10.1038/nmeth752 . PMID 15782218 .
- ^ Рамадан С.Е., Разак А.А., Рагаб А.М., Эль-Мелеиги М (июнь 1989 г.). «Включение теллуриума в аминокислоты и белки в грибах, устойчивых к теллуриуму». Биологическое исследование следовых элементов . 20 (3): 225–32. doi : 10.1007/bf02917437 . PMID 2484755 . S2CID 9439946 .
- ^ Bacher JM, Ellington AD (сентябрь 2001 г.). «Отбор и характеристика вариантов Escherichia coli, способных к росту на аналоге с токсическим триптофаном» . Журнал бактериологии . 183 (18): 5414–25. doi : 10.1128/jb.183.18.5414-5425.2001 . PMC 95426 . PMID 11514527 .
- ^ Вонг JT (октябрь 1983 г.). «Членская мутация генетического кода: потеря пригодности от триптофана» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 80 (20): 6303–6. Bibcode : 1983pnas ... 80.6303W . doi : 10.1073/pnas.80.20.6303 . PMC 394285 . PMID 6413975 .
- ^ Hoesl MG, Oehm S, Durkin P, Darmon E, Peil L, Aerni HR, et al. (Август 2015). «Химическая эволюция бактериального протеома» . Angewandte Chemie . 54 (34): 10030–4. doi : 10.1002/anie.201502868 . PMC 4782924 . PMID 26136259 . NIHMSID: NIHMS711205
- ^ Moroder L, Budisa N (апрель 2010 г.). «Синтетическая биология складывания белка». Chemphyschem . 11 (6): 1181–7. doi : 10.1002/cphc.201000035 . PMID 20391526 .
- ^ Будиса Н (декабрь 2004 г.). «Prolegomena для будущих экспериментальных усилий по разработке генетического кода путем расширения своего аминокислотного репертуара». Angewandte Chemie . 43 (47): 6426–63. doi : 10.1002/anie.200300646 . PMID 15578784 .
- ^ Link AJ, Mock ML, Tirrell DA (декабрь 2003 г.). «Неканонические аминокислоты в белковой инженерии». Текущее мнение о биотехнологии . 14 (6): 603–9. doi : 10.1016/j.copbio.2003.10.011 . PMID 14662389 .
- ^ Nehring S, Budisa N, Wiltschi B (2012). «Анализ производительности ортогональных пар, разработанных для расширенного эукариотического генетического кода» . Plos один . 7 (4): E31992. BIBCODE : 2012PLOSO ... 731992N . doi : 10.1371/journal.pone.0031992 . PMC 3320878 . PMID 22493661 .
- ^ Agostini F, Völler JS, Koksch B, Acevedo-Rocha CG, Kubyshkin V, Budisa N (август 2017 г.). «Биокатализ с неестественными аминокислотами: фермерт соответствует ксенобиологии». Angewandte Chemie . 56 (33): 9680–9703. doi : 10.1002/anie.201610129 . PMID 28085996 .
- ^ Рубини М., Лепфен С., Голбик Р., Будиса Н (июль 2006 г.). «Аминотриптофансодержащий Barstar: структура-функциональный компромисс в проектировании и инженерии белка с расширенным генетическим кодом». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - белки и протеомика . 1764 (7): 1147–58. doi : 10.1016/j.bbapap.2006.04.012 . PMID 16782415 .
- ^ Штайнер Т., Хесс П., Бэ Дж. Х., Уилтчи Б., Мородер Л., Будиса Н (февраль 2008 г.). «Синтетическая биология белков: настройка складывания и стабильность GFP с флуоропролином» . Plos один . 3 (2): E1680. Bibcode : 2008ploso ... 3.1680s . doi : 10.1371/journal.pone.0001680 . PMC 2243022 . PMID 18301757 .
- ^ Wolschner C, Giese A, Kretzschmar HA, Huber R, Moroder L, Budisa N (май 2009 г.). «Конструкция вариантов анти- и проаггрегации для оценки эффектов окисления метионина в прионном белке человека» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 106 (19): 7756–61. Bibcode : 2009pnas..106.7756w . doi : 10.1073/pnas.0902688106 . PMC 2674404 . PMID 19416900 .
- ^ Lepthien S, Hoesl MG, Merkel L, Budisa N (октябрь 2008 г.). «Азатриптофаны наделяют белки внутренней синей флуоресценцией» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (42): 16095–100. Bibcode : 2008pnas..10516095L . doi : 10.1073/pnas.0802804105 . PMC 2571030 . PMID 18854410 .
- ^ Bae JH, Rubini M, Jung G, Wiegand G, Seifert MH, Azim MK, et al. (Май 2003 г.). «Расширение генетического кода позволяет проектировать новый« золотой »класс зеленых флуоресцентных белков» . Журнал молекулярной биологии . 328 (5): 1071–81. doi : 10.1016/s0022-2836 (03) 00364-4 . PMID 12729742 . Архивировано из оригинала 2017-08-11 . Получено 2017-08-11 .
- ^ Hoesl MG, Acevedo-Rocha CG, Nehring S, Royter M, Wolschner C, Wiltschi B, Budisa N, Antranikian G (2011). «Lipase Congeners, разработанные инженерией генетического кода». Chemcatchem . 3 (1): 213–221. doi : 10.1002/cctc.201000253 . ISSN 1867-3880 . S2CID 86352672 .
- ^ Hong SH, Kwon YC, Jewett MC (2014). «Нестандартное включение аминокислот в белки с использованием синтеза белка белков Escherichia coli» . Границы в химии . 2 : 34. Bibcode : 2014frch .... 2 ... 34H . doi : 10.3389/fchem.2014.00034 . PMC 4050362 . PMID 24959531 .
- ^ «Неестественный» микроб может делать белки . BBC News . 29 ноября 2017 года.
- ^ Jump up to: а беременный Zhang Y, Ptacin JL, Fischer EC, Aerni HR, Caffaro CE, San Hose K, et al. (Ноябрь 2017). «Полусинтетический организм, который хранит и извлекает повышенную генетическую информацию» . Природа . 551 (7682): 644–647. Bibcode : 2017natur.551..644Z . doi : 10.1038/nature24659 . PMC 5796663 . PMID 29189780 .
- ^ Howgego J (февраль 2014 г.). «На незнакомцах нуклеотидов» . Мир химии .
- ^ Li L, Degardin M, Lavergne T, Malyshev DA, Dhami K, Ordoukhanian P, Romesberg FE (январь 2014 г.). «Естественная репликация неестественной пары оснований для расширения генетических алфавитных и биотехнологических применений» . Журнал Американского химического общества . 136 (3): 826–9. doi : 10.1021/ja408814g . PMC 3979842 . PMID 24152106 .