Genoma hecho a medida

E. coliWIKIMEDIA COMMONS

Uno de los objetivos de la biología sintética es diseñar organismos que generen proteínas útiles para la biomedicina, la agricultura o la industria, a menudo incorporando nuevos aminoácidos en sus secuencias, un proceso que hasta ahora ha demostrado ser lento y difícil.

Ahora, los investigadores han demostrado un primer paso hacia una forma rápida, económica y automatizada de permitir la adición de un nuevo aminoácido al tejido celular. alfabeto, reemplazando con éxito un codón de parada de tres nucleótidos en todo el  E. coli , según un estudio publicado hoy (14 de julio) en Science.

La nueva técnica es «bastante impresionante porque cambia los tipos de cosas que puede hacer con los genomas” dijo Adam Arkin, director del Instituto de Biología Sintética de la Universidad de California, Berkeley, que no participó en el estudio. Los hallazgos son un paso importante en el camino hacia la creación de organismos resistentes a virus para biocombustibles o productos farmacéuticos que incorporen aminoácidos de diseño que…

En 2009, el genetista de Harvard George Church y sus colegas desarrollaron una técnica que crea automáticamente inserciones, eliminaciones y desajustes en el genoma, lo que acelera la evolución dirigida y la modificación del genoma. En un día, puedes generar mil millones de genomas, dijo Church. La técnica permitió al grupo optimizar rápidamente una vía para la síntesis de un colorante alimentario en E. coli.

En última instancia, los investigadores esperan incorporar rápidamente aminoácidos no naturales con propiedades únicas en proteínas de diseño a escala industrial. Pero agregar aminoácidos no naturales a E. coli es más complicado que introducir mutaciones ordinarias. Para incorporar de manera eficiente nuevos aminoácidos en el repertorio de las células, los investigadores deben vincularlos a un codón de tres nucleótidos que no esté ya asociado con un aminoácido natural. Una posibilidad atractiva es utilizar uno de E. coli Los tres codones de parada. Si los investigadores pudieran convertir un tipo de codón de terminación en otro a lo largo del genoma, liberarían un codón para tomar un aminoácido sintético o modificado.

Trabajar con docenas de E. coli en paralelo, Church y sus colegas se propusieron reemplazar los 314 codones de parada TAG en la E. coli con una secuencia alternativa de tres nucleótidos (TAA) que aún detiene la transcripción. Fundamentalmente, la eliminación del codón TAG elimina la necesidad de un factor de señalización asociado con TAG que se una al complemento de ARNm del codón para liberar proteínas recién ensambladas del ribosoma. Eliminar TAG significa que el factor de liberación no competirá con los aminoácidos sintéticos que usan el mismo codón, lo que hace que el proceso de codificación de aminoácidos sintéticos sea cuatro veces más eficiente, dijo Church.

El intercambio es el primer paso hacia el uso del codón TAG para codificar un aminoácido novedoso, que luego puede transcribirse y traducirse en proteínas diseñadas, lo que lleva al campo un paso más cerca de crear organismos parcialmente sintéticos, dijo Arkin.

Y esa aplicación puede ser solo la punta del iceberg, agregó Julius Lucks, biólogo sintético de la Universidad de Cornell que no participó en el estudio. A medida que esto se generalice, probablemente podamos hacer preguntas que nunca antes habíamos pensado.

F. Isaacs, et. al, La manipulación precisa de los cromosomas in vivo permite el reemplazo de codones en todo el genoma, Science, doi:10.1126/science.1205822, 2011.

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