Δημοφιλείς Αναρτήσεις

Επιλογή Συντάκτη - 2019

Το ένζυμο Oddball παρέχει εύκολη διαδρομή στα συνθετικά βιοϋλικά

Anonim

Οι επιστήμονες των υλικών έχουν γράψει τη συνταγή για το πώς να χρησιμοποιήσουν ένα ένζυμο για την κατασκευή νέων βιοϋλικών εκτός του DNA. Το έργο παρέχει οδηγίες σε ερευνητές σε όλο τον κόσμο να κατασκευάσουν μόρια αυτοεξόλλησης για εφαρμογές που κυμαίνονται από την παράδοση φαρμάκων σε νανοσωλήνες.

διαφήμιση


Ο μοριακός μηχανισμός του ανθρώπινου σώματος συνήθως βασίζεται σε γενετικά πρότυπα για την κατασκευή. Για παράδειγμα, οι μοριακές μηχανές που ονομάζονται ϋΝΑ πολυμεράσες διαβάζουν το DNA βάση με βάση για την κατασκευή ακριβών αντιγράφων.

Υπάρχουν, ωστόσο, μερικά μαύρα πρόβατα στον κόσμο της μοριακής βιολογίας που δεν απαιτούν ένα πρότυπο. Μια τέτοια απόκλιση, που ονομάζεται τερματική δεοξυνουκλεοτιδυλοτρανσφεράση (TdT), λειτουργεί στο ανοσοποιητικό σύστημα και καταλύει την προσθήκη χωρίς νάτριο νουκλεοτιδίων - τα δομικά στοιχεία του DNA - σε μονόκλωνο DNA.

Φαινομενικά τυχαίες αλληλουχίες νουκλεοτιδίων σε έναν απλό κλώνο DNA δεν φαίνεται να έχουν μεγάλη βιολογική χρήση - αλλά οι επιστήμονες των υλικών έχουν υπολογίσει τι να κάνουν με αυτό.

Σε μια νέα δημοσίευση, οι ερευνητές του Πανεπιστημίου Duke βασίζονται στο προηγούμενο έργο τους και τώρα περιγράφουν λεπτομερώς πώς το TdT ένζυμο μπορεί να παράγει ακριβείς, υψηλού μοριακού βάρους, συνθετικές βιομοριακές δομές πολύ πιο εύκολα από τις τρέχουσες μεθόδους. Οι ερευνητές μπορούν να προσαρμόσουν τη σύνθεση για να δημιουργήσουν μονόκλωνο DNA που αυτο-συναρμολογούνται σε δοχεία που μοιάζουν με σφαίρες για την παράδοση φαρμάκων ή για να ενσωματώσουν μη φυσικά νουκλεοτίδια για να παρέχουν πρόσβαση σε ένα ευρύ φάσμα ιατρικά χρήσιμων ικανοτήτων.

Τα αποτελέσματα εμφανίζονται ηλεκτρονικά στις 15 Μαΐου 2017 στο περιοδικό Angewandte Chemie International Edition .

"Είμαστε οι πρώτοι που δείχνουν πώς το TdT μπορεί να κατασκευάσει πολύ ελεγχόμενες μονάδες DNA που μπορούν να αυτοσυναρμολογηθούν σε μεγαλύτερες δομές", δήλωσε ο Stefan Zauscher, Καθηγητής Οικολογίας του Sternberg της Μηχανικής και Επιστήμης των Υλικών στο Duke University. "Παρόμοια υλικά μπορούν να γίνουν ήδη, αλλά η διαδικασία είναι μεγάλη και περίπλοκη, απαιτώντας πολλαπλές αντιδράσεις. Μπορούμε να το κάνουμε σε ένα κλάσμα του χρόνου σε ένα μόνο δοχείο".

Το TdT έχει πλεονέκτημα έναντι των τυπικών, συνθετικών αντιδράσεων δημιουργίας αλύσου, καθώς συνεχίζει να προσθέτει νουκλεοτίδια στο τέλος της αναπτυσσόμενης αλυσίδας εφόσον είναι διαθέσιμα. Αυτό ανοίγει ένα τεράστιο χώρο σχεδιασμού για τους επιστήμονες υλικών.

Επειδή όλα τα ένζυμα δουλεύουν με τον ίδιο ρυθμό και δεν σταματούν ποτέ, τα προκύπτοντα σκέλη DNA είναι όλα πολύ κοντά σε μέγεθος το ένα από το άλλο - ένα σημαντικό χαρακτηριστικό για τον έλεγχο των μηχανικών ιδιοτήτων τους. Η ατελείωτη διαδικασία σημαίνει επίσης ότι οι ερευνητές μπορούν να τροφοδοτήσουν το TdT με οποιοδήποτε νουκλεοτίδιο που επιθυμούν - ακόμη και αφύσικες - απλά χωρίς να παρέχουν άλλες επιλογές.

"Το σώμα σας κάνει σκέλη του DNA από μόνο τέσσερα νουκλεοτίδια - αδενίνη, γουανίνη, κυτοσίνη και ουρακίλη", δήλωσε ο Χιλκότι, ο καθηγητής Alan L. Kaganov και πρόεδρος του τμήματος βιοϊατρικής μηχανικής στο Δούκα. "Αλλά μπορούμε να δημιουργήσουμε συνθετικά νουκλεοτίδια και να αναγκάσουμε το ένζυμο να τα ενσωματώσει. Αυτό ανοίγει πολλές πόρτες στην παραγωγή πολυμερών με βάση το DNA για διαφορετικές εφαρμογές".

Για παράδειγμα, τα αφύσικα νουκλεοτίδια μπορούν να ενσωματώσουν μόρια που έχουν σχεδιαστεί για να διευκολύνουν την "χημεία click" - επιτρέποντας την προσάρτηση μιας ολόκληρης σειράς βιομορίων. Οι ερευνητές μπορούν επίσης να ξεκινήσουν τη διαδικασία οικοδόμησης με ένα θεμέλιο κατασκευασμένο από μια συγκεκριμένη ακολουθία DNA, που ονομάζεται απταμερές και μπορεί να στοχεύει συγκεκριμένες πρωτεΐνες και κύτταρα.

"Αυτό το ένζυμο ήταν εδώ και δεκαετίες, αλλά αυτή είναι η πρώτη φορά που κάποιος έχει χαρτογραφήσει αυτές τις έννοιες σε ένα σχέδιο για τη σύνθεση μιας ολόκληρης νέας οικογένειας πολυνουκλεοτιδίων", δήλωσε ο Zauscher. "Στο παρελθόν, οι βιοχημικοί ενδιαφέρθηκαν σε μεγάλο βαθμό για το τι κάνει το TdT στο ανθρώπινο ανοσολογικό σύστημα και πώς το κάνει αυτό. Δεν μας νοιάζει όλα αυτά, απλά μας ενδιαφέρει τι υλικά μπορούν να κάνουν με αυτό Και η ακρίβεια με την οποία μπορούμε να κατασκευάσουμε πολυμερή με αυτό το ένζυμο είναι πραγματικά εξαιρετική. "

διαφήμιση



Ιστορία Πηγή:

Τα υλικά που παρείχε το πανεπιστήμιο Duke . Σημείωση: Το περιεχόμενο μπορεί να επεξεργαστεί για στυλ και μήκος.


Βιβλιογραφία :

  1. Lei Tang, Λουίς Α. Ναβάρο, Άστουτσο Χιλκότι, Στέφαν Ζάουσσερ. Πολυνουκλεοτίδια υψηλού μοριακού βάρους με πολυσυμπύκνωση καταλυόμενης από τρανσφεράση ζωντανής αλυσίδας . Angewandte Chemie International Edition, 2017; DOI: 10.1002 / anie.201700991