엔지니어들이 비천연 아미노산을 합성할 수 있는 박테리아를 생성하다

University of Delaware 작성2023년 7월 19일

과학자들은 잠재적인 의료 응용이 가능한 비표준 아미노산인 pN-Phe를 생산하도록 박테리아를 조작했습니다. 향후 연구에서는 이 과정을 최적화하고 백신과 면역요법에서의 잠재력을 탐구할 것입니다.

Amino acids serve as the foundational elements of proteins, vital to the optimal functioning of biological structures. Proteins in all life forms are composed of 20 core amino acids<div class="cell text-container large-6 small-order-0 large-order-1"><div class="text-wrapper"><br />Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.<br /></div></div>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 아미노산. 그러나 자연은 500가지가 넘는 다양한 아미노산을 제공합니다. 또한 인간의 독창성으로 인해 수많은 합성 아미노산이 만들어졌습니다. 이러한 대체 아미노산은 혁신적인 의약품 및 치료법 개발에 유망합니다.

Now, University of Delaware researchers in the lab of Aditya Kunjapur, assistant professor in the College of Engineering’s Department of Chemical and Biomolecular Engineering, have engineered bacteria to synthesize an amino acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"> 다른 사람들이 우리의 면역 체계 조절에 영향을 미치는 것으로 밝혀진 희귀한 기능 그룹을 포함하는 산입니다. 연구자들은 또한 단일 박테리아 균주에 아미노산을 생성하고 이를 표적 단백질 내의 특정 위치에 배치하는 방법을 가르쳤습니다. Nature Chemical Biology에 발표된 이러한 발견은 미래에 독특한 백신과 면역요법을 개발하기 위한 기반을 제공합니다.

Kunjapur 연구소는 합성 생물학 및 유전 공학 도구를 사용하여 다양한 유형의 화합물 및 분자, 특히 자연에서 잘 표현되지 않는 기능 그룹 또는 특성을 가진 화합물 및 분자를 합성할 수 있는 미생물을 만듭니다.

이번 연구에서 연구자들은 20가지 표준 아미노산 중 하나도 아니고 자연에서도 관찰되지 않는 비표준 아미노산인 파라니트로-L-페닐알라닌(pN-Phe)에 중점을 두었습니다. 다른 연구 그룹에서는 pN-Phe를 면역 체계가 일반적으로 무시하는 단백질에 반응하도록 자극하는 도구로 활용했습니다.

"니트로 화학 작용기는 귀중한 특성을 갖고 있으며 신진대사를 재조정하려는 사람들에 의해 제대로 탐구되지 않았습니다."라고 Kunjapur는 말했습니다. “pN-Phe는 또한 문헌에 좋은 역사를 가지고 있습니다. pN-Phe는 쥐의 단백질에 첨가되어 쥐에게 다시 전달될 수 있으며 면역 체계는 더 이상 해당 단백질의 원래 버전을 용납하지 않습니다. 그 능력은 면역 체계가 붙잡기 힘든 악성 단백질로 인해 발생하는 질병의 치료 또는 예방에 대한 가능성을 가지고 있습니다.”

Genetic code expansion methods allowed the researchers to increase the “alphabet” of available amino acids encoded by DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"DNA. By coupling metabolic engineering techniques with genetic code expansion, the researchers were able to create a system that produces nitrated proteins autonomously./p>

The next step for this research is to optimize their methods to synthesize higher amounts of nitrated proteins and expand this work into other microorganisms. The long-term goal is to further refine this platform for applications related to vaccines or immunotherapies, efforts that are supported by Kunjapur’s 2021 AIChE Langer Prize and the 2022 National Institutes of HealthThe National Institutes of Health (NIH) is the primary agency of the United States government responsible for biomedical and public health research. Founded in 1887, it is a part of the U.S. Department of Health and Human Services. The NIH conducts its own scientific research through its Intramural Research Program (IRP) and provides major biomedical research funding to non-NIH research facilities through its Extramural Research Program. With 27 different institutes and centers under its umbrella, the NIH covers a broad spectrum of health-related research, including specific diseases, population health, clinical research, and fundamental biological processes. Its mission is to seek fundamental knowledge about the nature and behavior of living systems and the application of that knowledge to enhance health, lengthen life, and reduce illness and disability." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"National Institutes of Health Director’s New Innovator Award. To further support this long-term goal, Kunjapur and Neil Butler, doctoral candidate and first author on this paper, co-founded Nitro Biosciences./p>