Los biólogos sintéticos que trabajan en un proyecto del Ejército de EE. UU. Han desarrollado un proceso que podría conducir a una nueva clase de polímeros sintéticos que pueden crear nuevos materiales y terapias de alto rendimiento para los soldados.
Comunicaciones de la naturaleza investigación publicada realizada por investigadores financiados por el Ejército en la Universidad Northwestern, que desarrollaron un conjunto de reglas de diseño para guiar cómo los ribosomas, una estructura celular que produce proteínas, pueden incorporar nuevos tipos de monómeros, que pueden unirse con moléculas idénticas para formar polímeros.
"Estos hallazgos son un emocionante paso adelante para lograr polímeros sintéticos definidos en secuencia, lo que ha sido un gran desafío en el campo de la química de polímeros", dijo el Dr. Dawanne Poree, gerente de programa, química de polímeros en la Oficina de Investigación del Ejército ".La capacidad de aprovechar y adaptar la maquinaria celular para producir polímeros no biológicos, en esencia, llevaría los materiales sintéticos al ámbito de las funciones biológicas, lo que podría generar materiales avanzados y de alto rendimiento, como nanoelectrónica, materiales de autocuración y otros materiales.de interés para el ejército "
Los polímeros biológicos, como el ADN, tienen secuencias de bloques de construcción precisas que proporcionan una variedad de funciones avanzadas como el almacenamiento de información y la autorreplicación. Este proyecto analizó cómo rediseñar la maquinaria biológica para permitirle trabajar con elementos no biológicosbloques de construcción que ofrecerían una ruta para crear polímeros sintéticos con la precisión de la biología.
"Estos nuevos polímeros sintéticos pueden permitir el desarrollo de equipo de protección personal avanzado, electrónica sofisticada, celdas de combustible, celdas solares avanzadas y nanofabricación, que son clave para la protección y el desempeño de los soldados", dijo Poree.
"Nos propusimos expandir la gama de monómeros ribosómicos para la síntesis de proteínas para permitir nuevas direcciones en la biofabricación", dijo Michael Jewett, profesor de excelencia docente de Charles Deering McCormick, profesor de ingeniería química y biológica y director del Centro paraBiología Sintética en la Escuela de Ingeniería McCormick de Northwestern ". Lo que es tan emocionante es que aprendimos que el ribosoma puede acomodar más tipos de monómeros de lo que esperábamos, lo que prepara el escenario para usar el ribosoma como una máquina general para crear clases de materiales y medicamentos queno se ha sintetizado antes "
La producción de proteínas recombinantes por el ribosoma ha transformado la vida de millones de personas a través de la síntesis de productos biofarmacéuticos, como la insulina y las enzimas industriales que se utilizan en los detergentes para ropa. En la naturaleza, sin embargo, el ribosoma solo incorpora monómeros de aminoácidos naturales en proteínaspolímeros
Para ampliar el repertorio de monómeros utilizados por el ribosoma, el equipo de Jewett se propuso identificar las reglas de diseño para unir los monómeros al ácido ribonucleico de transferencia, conocido como tRNA. Esto se debe a que hacer que el ribosoma use un nuevo monómero no es tan simple como introducirun nuevo monómero en el ribosoma. Los monómeros deben unirse a los tRNA, que son las moléculas que los transportan al ribosoma. Muchos procesos actuales para unir monómeros a los tRNA son difíciles y requieren mucho tiempo, pero un proceso relativamente nuevo llamado flexizyme permite que sea más fácily una fijación más flexible de monómeros.
Para desarrollar las reglas de diseño para usar flexizyme, los investigadores crearon 37 monómeros que eran nuevos para el ribosoma a partir de un repertorio diverso de andamios. Luego, mostraron que los monómeros que podrían unirse a los tRNA podrían usarse para hacer decenas de nuevoshíbridos peptídicos. Finalmente, validaron sus reglas de diseño guiando de manera predecible la búsqueda de aún más monómeros nuevos.
"Con las nuevas reglas de diseño, mostramos que podemos evitar los enfoques de prueba y error que históricamente se han asociado con el desarrollo de nuevos monómeros para su uso por el ribosoma", dijo Jewett.
Estas nuevas reglas de diseño deberían acelerar el ritmo en el que los investigadores pueden incorporar nuevos monómeros, lo que en última instancia conducirá a nuevos bioproductos sintetizados por el ribosoma. Por ejemplo, los materiales hechos de monómeros resistentes a la proteasa podrían conducir a medicamentos antimicrobianos que combaten la creciente resistencia a los antibióticos.
La investigación es parte del programa de Iniciativas de Investigación Universitaria Multidisciplinaria del Departamento de Defensa, respaldado por ARO, en el que Jewett está trabajando con investigadores de otras tres universidades para rediseñar el ribosoma como catalizador biológico para producir nuevos polímeros químicos. ARO es un elementodel Laboratorio de Investigación del Ejército del Comando de Desarrollo de Capacidades de Combate del Ejército de EE. UU.
"Es sorprendente que el ribosoma pueda acomodar la amplitud de monómeros que mostramos", dijo Jewett. "Eso es realmente alentador para futuros esfuerzos para reutilizar los ribosomas".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio de investigación del ejército de EE. UU. . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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