p O químico Han Xiao da Universidade de Rice e sua equipe expandiram com sucesso o código genético da bactéria Escherichia coli para produzir um bloco de construção sintético, um "aminoácido não canônico". O resultado é um indicador vivo do estresse oxidativo. p O trabalho, eles dizem, é um passo em direção a tecnologias que permitirão a geração de novas proteínas e organismos com uma variedade de funções úteis.

p O estudo foi publicado na revista Cell Press Chem .

p Os aminoácidos são os blocos de construção do DNA. Em geral, os organismos precisam de apenas 20 deles para programar todo o conjunto de proteínas necessárias à vida. Mas Xiao, com a ajuda de um subsídio de US $ 1,8 milhão do National Institutes of Health, começou a ver como um 21º aminoácido permitiria o design de "organismos não naturais" que servem a propósitos específicos.

p O novo estudo faz exatamente isso através da engenharia de bactérias para produzir o aminoácido extra, chamado 5-hidroxil-triptofano (5HTP), que aparece naturalmente em humanos como um precursor do neurotransmissor serotonina, mas não em E. coli. A nova produção de 5HTP leva a bactéria a produzir uma proteína que fica fluorescente quando o organismo está sob estresse metabólico.

p “O processo requer muitas técnicas interdisciplinares, "Xiao disse." Neste estudo, combinamos química sintética, biologia sintética e engenharia metabólica para criar uma cepa que sintetiza e codifica um 21º aminoácido não canônico, e, em seguida, usa-o para produzir a proteína desejada. "

p Xiao disse que programar as bactérias não naturais autônomas era um processo de três etapas:primeiro, os pesquisadores liderados pelo estudante universitário Yuda Chen criaram um mecanismo de translação bioortogonal para o aminoácido, 5HTP. Segundo, eles encontraram e direcionaram um códon em branco - uma sequência no DNA ou RNA que não produz uma proteína - e o editaram geneticamente para codificar 5HTP. Terceiro, enxertando grupos de enzimas de outras espécies em E. coli, eles deram à bactéria a capacidade de produzir 5HTP.

p "Essas proteínas contendo 5HTP, isolado da bactéria programada, pode ainda ser rotulado com drogas ou outras moléculas, "Xiao disse." Aqui, mostramos que a própria cepa pode servir como um indicador vivo para espécies reativas de oxigênio, e o limite de detecção é muito baixo. "

p Embora os pesquisadores tenham relatado a criação de mais de 200 aminoácidos não canônicos até o momento, a maioria deles não pode ser sintetizada por seus organismos hospedeiros. "Este tem sido um campo contínuo por décadas, mas antes as pessoas se concentravam na parte química, "Xiao disse." Nossa visão é construir células inteiras com o 21º aminoácido que nos permitirá investigar problemas biológicos ou médicos em organismos vivos, em vez de apenas lidar com células no laboratório.

p "Mover essa tecnologia para a espécie hospedeira elimina a necessidade de injetar blocos de construção artificiais em um organismo, porque eles podem sintetizar e usar por conta própria, "disse ele." Isso nos permite estudar os aminoácidos não-canônicos em um nível superior, nível de organismo inteiro. "

p Em última análise, os pesquisadores esperam que blocos de construção personalizados permitam células-alvo, como aqueles em tumores, para fazer seus próprios medicamentos terapêuticos. "Essa é uma direção importante para o futuro do meu laboratório, "Disse Xiao." Queremos que as células detectem doenças, fazer melhores medicamentos e liberá-los em tempo real. Não achamos que esteja muito longe. "

p Os co-autores do artigo são os bolsistas de pós-doutorado de Rice, Juan Tang, Lushun Wang e Zeru Tian, o estudante de graduação Adam Cardenas e o acadêmico visitante Xinlei Fang, e Abhishek Chatterjee, professor assistente de química no Boston College. Xiao é o Norman Hackerman-Welch Young Investigator e professor assistente de química.