Die Forscher entwerfen das erste künstliche Ribosom

Die Forscher entwerfen das erste künstliche Ribosom

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Anonim

von Sam Hostettler, Universität von Illinois in Chicago

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Forscher der University of Illinois in Chicago und der Northwestern University haben ein angebundenes Ribosom entwickelt, das nahezu genauso gut funktioniert wie die authentische Zellkomponente oder Organelle, die alle Proteine ​​und Enzyme in der Zelle produziert. Das konstruierte Ribosom könnte die Produktion neuer Medikamente und Biomaterialien der nächsten Generation ermöglichen und zu einem besseren Verständnis der Funktionsweise von Ribosomen führen.

Das künstliche Ribosom namens Ribo-T wurde in den Labors von Alexander Mankin, Direktor des Zentrums für Biomolekulare Wissenschaften des UIC College of Pharmacy, und Michael Jewett, Assistenzprofessor für chemische und biologische Verfahrenstechnik im Nordwesten der USA, hergestellt. Das vom Menschen hergestellte Ribosom kann möglicherweise im Labor manipuliert werden, um Dinge zu tun, die natürliche Ribosomen nicht können.

Wenn die Zelle ein Protein bildet, wird mRNA (Messenger-RNA) von DNA kopiert. Die zwei Untereinheiten der Ribosomen, eine große und eine kleine, vereinigen sich auf mRNA, um die funktionelle Einheit zu bilden, die das Protein in einem Prozess zusammensetzt, der als Translation bezeichnet wird. Sobald das Proteinmolekül vollständig ist, trennen sich die Ribosomenuntereinheiten, die beide aus RNA und Protein bestehen, voneinander.

In einer neuen Studie in der Zeitschrift Nature beschreiben die Forscher das Design und die Eigenschaften von Ribo-T, einem Ribosom mit Untereinheiten, die sich nicht trennen. Möglicherweise kann Ribo-T so eingestellt werden, dass einzigartige und funktionelle Polymere zur Erforschung der Ribosomenfunktionen oder zur Herstellung von Designtherapeutika hergestellt werden - und vielleicht eines Tages sogar nicht-biologische Polymere.

Niemand hat jemals etwas von dieser Art entwickelt.

"Wir hatten das Gefühl, dass es eine kleine - sehr kleine - Chance gibt, dass Ribo-T funktioniert, aber wir wussten es nicht wirklich", sagte Mankin.

Mankin, Jewett und ihre Kollegen waren in ihren Untersuchungen frustriert, als die Untereinheiten der Ribosomen in jedem Zyklus der Proteinsynthese auseinanderfielen und sich zusammentrafen. Könnten die Untereinheiten dauerhaft miteinander verbunden sein? Die Forscher entwickelten ein neuartiges Designer-Ribosom mit angebundenen Untereinheiten - Ribo-T.

"Letztendlich konnten wir zeigen, dass wir durch die Schaffung eines konstruierten Ribosoms, bei dem die ribosomale RNA zwischen den beiden Untereinheiten geteilt und durch diese kleinen Laschen verbunden wird, ein duales Übersetzungssystem schaffen können", sagte Jewett.

"Es war überraschend, dass unsere chimäre Hybrid-RNA die Assemblierung eines funktionellen Ribosoms in der Zelle unterstützen konnte. Es war auch überraschend, dass dieses angebundene Ribosom das Wachstum in Abwesenheit von Wildtyp-Ribosomen unterstützen konnte", sagte er.

Ribo-T funktionierte sogar noch besser als Mankin und Jewett glaubten es könnte. Ribo-T stellte nicht nur Proteine ​​in einem Reagenzglas her, sondern war auch in der Lage, genügend Proteine ​​in Bakterienzellen zu produzieren, denen natürliche Ribosomen fehlten, um die Bakterien am Leben zu erhalten.

Jewett und Mankin waren davon überrascht. Zuvor hatten Wissenschaftler angenommen, dass die Fähigkeit der beiden ribosomalen Untereinheiten, sich zu trennen, für die Proteinsynthese erforderlich ist.

"Offensichtlich war diese Annahme falsch", sagte Jewett.

"Unsere neue Fabrik zur Herstellung von Proteinen verspricht, den genetischen Code auf einzigartige und transformative Weise zu erweitern und aufregende Möglichkeiten für die synthetische Biologie und die Biomolekulartechnik zu bieten", sagte Jewett.

"Dies ist ein aufregendes Werkzeug, um ribosomale Funktionen zu untersuchen, indem man mit den kritischsten Teilen der Proteinsynthesemaschine experimentiert, die zuvor" unantastbar "waren", fügte Mankin hinzu.