211service.com
Ląstelių dalių kūrimas nuo nulio
Harvardo universiteto mokslininkai sukūrė funkcinę ribosomą – ląstelės baltymų gamybos mašiną – nuo nulio, molekulė po molekulės. Sukūrimas yra svarbus žingsnis kuriant dirbtinę gyvybę ir galiausiai gali užpildyti didelę spragą mūsų supratime apie gyvybės kilmę. Tačiau mokslininkus, sukūrusius ribosomą, labiausiai domina jos pramoninis pritaikymas. Jie planuoja genetiškai dirbti su molekuline mašina, kad ji galėtų efektyviau gaminti baltymus, taip pat baltymus, kurie yra veidrodinis gamtoje randamų tų. Abu patobulinimai galėtų būti didžiulis pranašumas farmacijos pramonėje, be kita ko.
Baltymų gamykla: Čia parodyta ribosomos struktūra, ląstelių struktūra, gaminanti baltymus. Dabar mokslininkai nuo nulio sukūrė ribosomą.
Norėdami sukurti ribosomas, Jurgio bažnyčia , Harvardo genetikas ir doktorantūros tyrinėtojas Mike'as Jewettas pirmą kartą išardė ribosomas iš Escherichia coli , dažna laboratorinė bakterija, į jos sudedamąsias molekules. Tada jie naudojo fermentus, kad sujungtų įvairius RNR ir baltymų komponentus. Sudėjus į mėgintuvėlį, šie komponentai spontaniškai susiformavo į funkcines ribosomas. Nors mokslininkai dar septintajame dešimtmetyje ribosomas, sudarytas iš sudėtingos RNR ir baltymų konfigūracijos, atkūrė anksčiau, šios ankstesnės versijos buvo prastos baltymų gamintojos ir buvo sukurtos cheminėmis sąlygomis, kurios labai skiriasi nuo įprastos ląstelės.
Tyrėjai panaudojo dirbtinę ribosomą, kad sėkmingai pagamintų luciferazės fermentą – ugniagesių baltymą, kuris sukuria vabzdžių švytėjimą. Galiausiai, sako Church, jis nori sukurti mažas baltymų gamyklas iš specialiai pritaikytų ribosomų. Norime pagaminti didelius kiekius specialių baltymų, kuriuos sunku pagaminti in vivo ir kurie yra naudingi vakcinų gamybai [ir kitiems tikslams].
Tada mokslininkai nori sukurti ribosomą, kuri galėtų susikurti iš naujo. Jie sudarė 151 geno sąrašą, kuris, jų nuomone, reikalingas savaime besidauginančiai ribosomai, įskaitant ribosomų baltymų genus, įvairių tipų RNR, fermentus, katalizuojančius skirtingas baltymų sintezės reakcijas, ir papildomus genus, kurie nėra tiesiogiai susiję su ribosoma. Manome, kad tai yra pakankamai genų, kad būtų galima replikuoti DNR, gaminti RNR ir ribosomas ir turėti primityvią membraną, sako Church. Kai tik tai pradėsite, jis turėtų tęsti veiklą, jei aprūpinsite ją amino rūgštimis ir nukleotidais [statybiniais blokais DNR ir RNR].
Kai sistema pradės veikti, mokslininkai tikisi genetiškai optimizuoti ją į efektyvią baltymų gamyklą. Baltyminiai produktai, tokie kaip biologiniai vaistai, dabar dažniausiai gaminami bakterijų talpose. Kai gaminate baltymus gyvose bakterijose, išmetate 90 procentų bakterijų biomasės, kad gautumėte kelis gramus baltymų. Davidas Deameris , Kalifornijos universiteto Santa Kruze chemikas. Jei galėtumėte tai padaryti be gyvų organizmų, tai galėtų būti daug efektyviau.
Ribosomų atstatymas: Čia parodytas dalių sąrašas, skirtas sukurti sintetinę, savaime besidauginančią ribosomą. Baltymai rodomi purpurine spalva, RNR – raudona, o DNR – mėlyna spalva. Sąraše yra 54 ribosomų baltymai, taip pat RNR pagrindu pagaminti fermentai, dalyvaujantys baltymų gamyboje, ir kitos molekulės, sąveikaujančios su ribosomomis.
Churchas ir jo komanda taip pat nori panaudoti ribosomą, kad sukurtų naują baltymų klasę – tų, kurios yra veidrodinis gamtoje randamų baltymų vaizdas. Baltymai ir daugelis kitų molekulių turi savo struktūrą arba chiralumą. Gamtoje pagamintos aminorūgštys yra beveik vien kairiarankės. Ir kaip pirštinė tinka tik vienai rankai, kairiarankiai fermentai gali katalizuoti substratų reakcijas tik tinkamai ranka. Tai reiškia, kad veidrodinės molekulės būtų atsparios įprastinių fermentų skilimui, sako Church. Tai galėtų būti svarbi pramonė, gaminant ilgalaikius fermentus biofermentacijai, naudojamus biokurui ir kitiems produktams kurti.
Farmacijos pramonei taip pat gali būti naudingas veidrodinių molekulių gamybos metodas. Skirtingai nuo biologinės sintezės, cheminė sintezė sukuria kairiarankių ir dešiniųjų molekulių mišinį. Tačiau vartojant daugelį vaistų – labiausiai žinomas pavyzdys yra talidomidas – viena forma yra naudinga, o kita – žalinga. Atskirti dvi versijas yra brangu, todėl gamintojams gali būti naudinga efektyvi alternatyva, kuri nuo pat pradžių sukuria norimą formą. Church ir Jewett dar nepadarė veidrodinio baltymo, naudodami savo sintetinę ribosomą, tačiau jie teigia, kad tai galima padaryti tiesiog pakeitus kelias molekules fermente, jungiančiame aminorūgštis į baltymus.
Dirbtinė ribosoma taip pat turi daug platesnį pritaikymą. Tai svarbus žingsnis kuriant dirbtinę gyvybę – ląstelę, kuri gali savarankiškai susiburti ir daugintis. Mokslininkai nori sukurti organizmą nuo nulio, kad geriau suprastų vidinį biologijos veikimą ir sukurtų naujas, labai inžinerines gyvybės formas, kurias būtų galima panaudoti kuriant naują kurą, išvalyti toksinus ar atlikti kitas naudingas funkcijas.
Be to, ribosoma gali išspręsti pagrindinius neatsakytus klausimus apie gyvybės kilmę. Kaip pirmosios ribosomos arba lygiavertė struktūra išsivystė kelyje į mums žinomą gyvenimą? Tai iš tikrųjų yra didelė mūsų supratimo apie gyvybės kilmę spraga, sako Deameris. Jei [Bažnyčia] gali manipuliuoti dalimis, kad sukurtų geresnę ar paprastesnę ribosomos versiją, tai mus daug išmokys apie tai, kaip atsirado ribosomos. Antra, kodėl beveik visas gyvenimas turi kairiarankį chiralumą? Tai paslaptis, sako Fredas Blattneris, Viskonsino-Madisono universiteto genetikas. Ar tiesiog taip atsitiko, ar yra priežastis, kurios mes nežinome? Turint kairiarankę ribosomą, atsakymas į klausimą gali būti greitai pasiekiamas.