Un ceppo di batteri geneticamente potenziato sviluppato da ricercatori del Salk Institute for Biological Studies può aprire la strada a nuove droghe sintetiche e nuovi modi di produrre farmaci e biocarburanti, secondo un articolo pubblicato il 18 settembre su Nature Chemical Biology.
Per la prima volta, gli scienziati sono stati in grado di creare batteri capaci di incorporare in modo efficace " aminoacidi non naturali nelle proteine prodotte dai batteri.
Questa capacità può fornire un nuovo e potente strumento per lo studio dei processi biologici e per i batteri che producono nuove sostanze chimiche.
"Questo ci dà molto più spazio per pensare a cosa possiamo fare con la sintesi delle proteine", ha detto Lei Wang.
"Si aprono nuove possibilità, di creare farmaci che durano più a lungo nel sangue e sostanze chimiche più rispettose dell'ambiente."
Nel 2001, Wang e sei suoi colleghi furono i primi a creare batteri che incorporavano un innaturale amino acido (Uaas) nelle proteine, e, nel 2007, hanno utilizzato per la prima volta tale tecnica in cellule di mammifero. Lo hanno fatto con la creazione di un "codice genetico esteso", sovrascrivendo il codice genetico delle cellule e chiedendo loro di utilizzare gli amminoacidi artificiali nella costruzione delle proteine.
L'aggiunta di questi particolari amminoacidi ha permesso di modificare le proprietà delle proteine aprendo nuove strade nella sintesi di nuovi farmaci e nuovi utilizzi delle stesse proteine nella ricerca.
Batteri geneticamente modificati sono già stati utilizzati per la produzione di farmaci, basti pensare all'insulina sintetica, che ha ampiamente sostituito l'uso di pancreas animali nella produzione di farmaci utilizzati dai diabetici per regolare i loro livelli di zucchero nel sangue.
Ad oggi, la possibilità di inserire Uaas potrebbe espandere notevolmente i possibili usi della tecnologia del DNA ricombinante. Purtroppo fino ad oggi un ostacolo ha limitato l'uso degli Uaas: solo un singolo Uaas alla volta può essere inserito in una proteina.
Per inserire le istruzioni necessarie ad includere una Uaas nel codice genetico di un batterio, Wang e i suoi colleghi hanno sfruttato i codoni di stop, sequenze speciali del codice genetico che determinano la fine della traduzione dell'informazione genetica in amminoacidi. Durante la produzione di proteine, i codoni di stop dicono al macchinario cellulare di fermare l'aggiunta degli aminoacidi, per la sequenza che costituisce la struttura portante della struttura e della funzionalità della proteina.
Nel 2001, Wang e i suoi colleghi hanno modificato la sequenza genetica del batterio Escherichia coli per includere selettivamente un codone di stop e hanno introdotto le molecole progettate all'interno dei batteri.
Il problema era che un altro fattore biologico, una proteina nota come fattore di rilascio 1 (RF1), fermerebbe la produzione di una proteina contenente Uaas troppo presto.
Anche se gli scienziati potrebbero inserire codoni di stop per Uaas in più luoghi lungo la sequenza genetica, il fattore di rilascio della proteina avrebbe tagliato la porzione del DNA contenente il codone di stop, impedendo la corretta produzione di proteine contenente l'amminoacido specifico.
Nel loro studio, i ricercatori hanno superato questo limite. Gli scienziati hanno rimosso il gene che codifica per la proteina RF1 che ostacolava la sintesi delle proteine contenenti lo speciale amminoacido. In seguito si è dovuto affrontare un secondo problema, l'RF1 è una proteina di fondamentale importanza per la sopravvivenza dell'E.coli, senza di essa il batterio muore. I ricercaori sonon riusciti ad impedire questo modificando la produzione di un altro fattore di rilascio chiamato (RF2), in modo da poter salvare il batterio ingegnerizzato. (rimandiamo in altra sede la spiegazione del funzionamento di queste importanti proteine).
Il risultato è stato un ceppo di batteri capace di produrre in modo efficiente le proteine contenenti Uaas in luoghi diversi. Queste molecole sintetiche come accennato prima sembrano rivelarsi promettenti per lo sviluppo di farmaci con funzioni biologiche ben oltre ciò che è possibile fare con le proteine che includono solo aminoacidi presenti in natura. Possono anche servire come base per la produzione di solventi industriali, biocarburanti, magari contribuendo a risolvere i problemi economici e ambientali associati al petrolio e alla sua produzione e trasporto. "Questa è la prima volta che siamo stati in grado di produrre un ceppo vitale di batteri capaci di questo," ha detto Wang. "Abbiamo ancora strada da fare, ma questo ci da la possibilità di utilizzare questi innaturali amminoacidi nell'ingegneria biologica, e il loro utilizzo è molto più vicino alla realtà di quanto si possa immaginare."
Fonti: Nature chemical biology
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