Расширенный генетический код - Expanded genetic code

Не должно быть перекрестных помех между новой парой тРНК / синтазы и существующими молекулами тРНК / синтазы, только с рибосомами.

An расширенный генетический код это искусственно модифицированный генетический код в котором один или несколько конкретных кодоны были перераспределены для кодирования аминокислота это не входит в число 22 распространенных естественно закодированных протеиногенные аминокислоты.[1]

Ключевые предпосылки для расширения генетического кода:

  • то нестандартная аминокислота закодировать,
  • неиспользованный кодон для принятия,
  • тРНК, которая распознает этот кодон, и
  • тРНК синтетаза, которая распознает только эту тРНК и только нестандартную аминокислоту.

Расширение генетического кода - это область исследований синтетическая биология, прикладная биологическая дисциплина, целью которой является создание живых систем для полезных целей. Расширение генетического кода обогащает репертуар полезных инструментов, доступных науке.

В мае 2019 года исследователи объявили о создании нового синтетический (возможно искусственный ) форма жизнеспособный жизнь, вариант бактерии кишечная палочка, уменьшив натуральное число 64 кодоны в бактериальном геном до 61 кодона (исключая два из шести кодонов, кодирующих серин, и один из трех стоп-кодонов), из которых 59 используются для кодирования 20 аминокислоты.[2][3]

Вступление

Для словарного запаса см. Глоссарий терминов экспрессии генов. Для нетехнического введения в тему см. Введение в генетику.

Примечательно, что генетический код для всех организмов в основном один и тот же, поэтому все живые существа используют один и тот же «генетический язык».[4] В общем, введение новых функциональных неприродных аминокислот в белки живых клеток нарушает универсальность генетического языка, что в идеале ведет к альтернативным формам жизни.[5] Белки производятся благодаря молекулам системы трансляции, которые расшифровывают сообщения РНК в цепочку аминокислот. В перевод генетической информации, содержащейся в информационная РНК (мРНК) в белок катализируется рибосомы. Трансферные РНК (тРНК) используются в качестве ключей для декодирования мРНК в его закодированный полипептид. ТРНК распознает определенный трехнуклеотидный кодон в мРНК с дополнительный последовательность называется антикодон на одной из его петель. Каждый трехнуклеотидный кодон транслируется в одну из двадцати встречающихся в природе аминокислот.[6] Существует по крайней мере одна тРНК для любого кодона, а иногда несколько кодонов кодируют одну и ту же аминокислоту. Многие тРНК совместимы с несколькими кодонами. Фермент, называемый аминоацил тРНК синтетаза ковалентно присоединяет аминокислоту к соответствующей тРНК.[7] Большинство клеток имеют разные синтетазы для каждой аминокислоты (20 или более синтетаз). С другой стороны, некоторые бактерии имеют менее 20 аминоацил тРНК-синтетаз и вводят «недостающую» аминокислоту путем модификации структурно родственной аминокислоты с помощью аминотрансфераза фермент.[8] Особенностью, используемой при расширении генетического кода, является тот факт, что аминоацил тРНК синтетаза часто распознает не антикодон, а другую часть тРНК, а это означает, что если антикодон будет мутирован, кодирование этой аминокислоты изменится на В рибосоме информация в мРНК транслируется в конкретную аминокислоту, когда кодон мРНК совпадает с комплементарным антикодоном тРНК, а присоединенная аминокислота добавляется к растущей полипептидной цепи. Когда он высвобождается из рибосомы, полипептидная цепь сворачивается в функционирующий белок.[7]

Чтобы включить новую аминокислоту в генетический код, необходимо внести несколько изменений. Во-первых, для успешной трансляции новой аминокислоты кодон, которому назначена новая аминокислота, уже не может кодировать одну из 20 природных аминокислот. Обычно бессмысленный кодон (стоп-кодон ) или четырехосновный кодон.[6] Во-вторых, требуется новая пара тРНК и аминоацил тРНК синтетазы, они называются ортогональным набором. Ортогональный набор не должен пересекаться с наборами эндогенной тРНК и синтетазы, при этом оставаясь функционально совместимым с рибосомой и другими компонентами аппарата трансляции. Активный сайт синтетазы модифицируется, чтобы принимать только новую аминокислоту. Чаще всего проверяется библиотека мутантных синтетаз, которая заряжает тРНК желаемой аминокислотой. Синтетаза также модифицируется для распознавания только ортогональной тРНК.[6] Пара тРНК-синтетазы часто создается в других бактериях или эукариотических клетках.[9]

В этой области исследований 20 кодируемых протеиногенных аминокислот упоминаются как стандартные аминокислоты или, альтернативно, как природные или канонические аминокислоты, в то время как добавленные аминокислоты называются нестандартными аминокислотами (NSAA) или неприродными аминокислотами ( uAA; термин не используется в статьях, касающихся природных непротеиногенных аминокислот, таких как фосфосерин ) или неканонических аминокислот.

Нестандартные аминокислоты

Тирозин и некоторые варианты синтетического тирозина, используемые для маркировки белков. Были синтезированы различные варианты тирозина, которые могут быть включены в белки с использованием расширенного генетического кода. Все изображенные здесь варианты используются для химического или фотохимического связывания. Это означает, что включенные АК специфически реагируют либо с определенной химической группой (такой как гидразиды, амины, азиды или тиолы), либо могут быть активированы УФ-излучением для сшивки с другими АК.

Первый элемент системы - это аминокислота, которая добавляется к генетическому коду определенного штамма организма.

Более 71 различных НПВС было добавлено к разным штаммам Кишечная палочка, дрожжевые клетки или клетки млекопитающих.[10] Из-за технических деталей (более легкий химический синтез NSAA, меньше перекрестных помех и более легкая эволюция аминоацил-тРНК-синтазы), NSAA обычно больше стандартных аминокислот и чаще всего имеют фенилаланиновое ядро, но с большим количеством различных заместителей. Они позволяют использовать широкий набор новых функций, таких как маркировка (см. Рисунок), как флуоресцентный репортер (например дансилаланин)[11] или производить трансляционные белки в Кишечная палочка с эукариотическими посттрансляционными модификациями (например фосфосерин, фосфотреонин и фосфотирозин).[10][12]

Не встречающиеся в природе аминокислоты, включенные в белки, включают аминокислоты, содержащие тяжелые атомы, для облегчения определенных рентгеноструктурных исследований; аминокислоты с новыми стерическими / упаковочными и электронными свойствами; фотосшивающие аминокислоты, которые можно использовать для исследования белок-белковых взаимодействий in vitro или in vivo; кето, ацетилен, азид и боронатсодержащие аминокислоты, которые можно использовать для выборочного введения большого количества биофизических зондов, меток и новых химических функциональных групп в белки in vitro или же in vivo; окислительно-восстановительные активные аминокислоты для исследования и модуляции переноса электронов; фотокардируемые и фотоизомеризуемые аминокислоты для фоторегуляции биологических процессов; металлсвязывающие аминокислоты для катализа и определения ионов металлов; аминокислоты, которые содержат флуоресцентные или инфракрасные активные боковые цепи для исследования структуры и динамики белка; α-гидроксикислоты и D-аминокислоты как зонды конформации основной цепи и взаимодействия водородных связей; и сульфатированные аминокислоты и миметики фосфорилированных аминокислот в качестве зондов посттрансляционных модификаций.[13][14][15]

Доступность нестандартной аминокислоты требует, чтобы организм либо импортировал ее из среды, либо биосинтезировал. В первом случае неприродная аминокислота сначала синтезируется химически в ее оптически чистой L-форма.[16] Затем его добавляют в среду для роста клетки.[10] Библиотека соединений обычно тестируется на предмет включения новой аминокислоты, но это не всегда необходимо, например, различные транспортные системы могут обрабатывать неприродные аминокислоты с неполярными боковыми цепями. Во втором случае требуется путь биосинтеза. быть спроектированным, например, Кишечная палочка штамм, который биосинтезирует новую аминокислоту (пара-аминофенилаланин) из основных источников углерода и включает ее в свой генетический код.[15][17][18] Другой пример: производство фосфосерина, природного метаболита, и, следовательно, потребовалось изменить его метаболический поток, чтобы увеличить его производство.[12]

Присвоение кодонов

Другой элемент системы - это кодон, который должен быть выделен новой аминокислоте.

Основная проблема для расширения генетического кода заключается в отсутствии свободных кодонов. Генетический код имеет неслучайную структуру, которая показывает контрольные признаки различных фаз изначальной эволюции, однако с тех пор он застыл и сохраняется почти повсеместно.[19] Тем не менее некоторые кодоны встречаются реже, чем другие. Фактически, в Кишечная палочка (и для всех организмов) использование кодонов не одинаково, но представлено несколько редких кодонов (см. таблицу), самым редким из которых является стоп-кодон янтарного цвета (UAG).

Подавление янтарного кодона

Возможность переназначения кодонов была реализована Норманли. и другие. в 1990 г., когда жизнеспособный мутантный штамм Кишечная палочка прочитать UAG («янтарь») стоп-кодон.[21]Это стало возможным благодаря редкости этого кодона и тому факту, что только фактор высвобождения 1 заставляет янтарный кодон прекращать трансляцию. Позже в Шульц lab, tRNATyr / тирозил-тРНК синтетаза (TyrRS) из Methanococcus jannaschii, архебактерии,[6] был использован для введения тирозина вместо STOP, значения по умолчанию для янтарного кодона.[22] Это стало возможным из-за различий между эндогенными бактериальными синтазами и ортологичной архейной синтазой, которые не узнают друг друга. Впоследствии группа разработала пару ортологональных тРНК / синтаза, чтобы использовать нестандартную аминокислоту. О-метилтирозин.[23] Затем последовал более крупный нафтилаланин[24] и фото сшивающий бензоилфенилаланин,[25] что доказало потенциальную полезность системы.

Янтарный кодон - наименее используемый кодон в кишечная палочка, но его захват приводит к значительной потере работоспособности. Одно исследование на самом деле показало, что было по крайней мере 83 пептида, на которые сильно повлияло чтение.[26] Кроме того, маркировка была неполной. Как следствие, было создано несколько штаммов для снижения стоимости пригодности, включая удаление всех янтарных кодонов из генома. Кишечная палочка К-12 штаммы (т.е. кишечная палочка (молекулярная биология) для родословных штаммов) насчитывается 314 стоп-кодонов UAG. Следовательно, на их замену ушло колоссальное количество работы. Один из подходов, впервые предложенных группой профессора Джорджа Черча из Гарварда, был назван MAGE в CAGE: он основывался на мультиплексной трансформации и последующей рекомбинации штаммов для удаления всех кодонов UAG - последняя часть представляла собой точку остановки в первой статье,[27] но был побежден. Это привело к Кишечная палочка штамм C321.ΔA, в котором отсутствуют все кодоны UAG и RF1.[28] Это позволило провести эксперимент с этим штаммом, чтобы сделать его «зависимым» от аминокислоты бифенилаланина, развивая несколько ключевых ферментов, требующих его структурно, таким образом, подвергнув его расширенный генетический код положительному отбору.[29]

Редкое переназначение смыслового кодона

В дополнение к янтарному кодону для использования также рассматривались редкие смысловые кодоны. Кодон AGG кодирует аргинин, но штамм был успешно модифицирован, чтобы кодировать 6-N-аллилоксикарбонил-лизин.[30]Другим кандидатом является кодон AUA, который необычен тем, что его соответствующая тРНК должна дифференцироваться от AUG, который кодирует метионин (изначально изолейцин, отсюда и его местоположение). Для этого в тРНК AUA есть специальное основание - лизидин. Удаление синтазы (пока) стало возможным благодаря замене нативной тРНК на тРНК Mycoplasma mobile (без лизидина). Сниженная приспособленность - это первый шаг к тому, чтобы заставить штамм потерять все экземпляры AUA, что позволяет использовать его для расширения генетического кода.[31]

Четыре основных кодона

Другие подходы включают добавление дополнительных пар оснований или использование ортологичных рибосом, которые принимают помимо обычного триплетного генетического кода тРНК с четырехкратным кодом.[32] Это позволило одновременно использовать две неприродные аминокислоты, п-азидофенилаланин (pAzF) и N6 - [(2-пропинилокси) карбонил] лизин (CAK), которые сшиваются друг с другом посредством Циклоприсоединение Huisgen.[33]

пара тРНК / синтетаза

Другой ключевой элемент - пара тРНК / синтетаза.

Ортологический набор синтетазы и тРНК может быть мутирован и подвергнут скринингу путем направленной эволюции, чтобы зарядить тРНК другой, даже новой аминокислотой. Мутации в плазмиде, содержащей пару, могут быть введены с помощью подверженной ошибкам ПЦР или с помощью вырожденных праймеров для активного сайта синтетазы. Выбор включает несколько раундов двухэтапного процесса, при котором плазмида переносится в клетки, экспрессирующие хлорамфениколацетилтрансферазу с преждевременной янтарный кодон. В присутствии токсичного хлорамфеникола и неприродной аминокислоты выжившие клетки будут замещать янтарный кодон с помощью ортогональной тРНК, аминоацилированной либо стандартными аминокислотами, либо неприродными аминокислотами. Чтобы удалить первую, плазмиду вставляют в клетки с геном барназы (токсичным) с преждевременным янтарным кодоном, но без неприродной аминокислоты, удаляя все ортогональные синтазы, которые специфически не распознают неприродную аминокислоту.[6]В дополнение к перекодированию тРНК на другой кодон, они могут быть мутированы для распознавания четырехосновного кодона, что позволяет использовать дополнительные варианты свободного кодирования.[34]В результате неприродная аминокислота обладает разнообразными физико-химическими и биологическими свойствами, чтобы ее можно было использовать в качестве инструмента для исследования. структура белка и функционировать или создавать новый или улучшенный белок для практических целей.

Было разработано несколько методов выбора синтетазы, которая принимает только неприродные аминокислоты. Один из них - использование комбинации положительного и отрицательного выбора.

Ортогональные множества в модельных организмах

Ортогональные пары синтетазы и тРНК, которые работают для одного организма, могут не работать для другого, поскольку синтетаза может неправильно аминоацилировать эндогенные тРНК или сама тРНК неправильно аминоацилируется эндогенной синтетазой. В результате наборы, созданные на сегодняшний день, различаются между организмами.

ПараИсточникКишечная палочкаДрожжиМлекопитающиеПримечания и ссылки
тРНКТюр-TyrRSMethanococcus jannaschiiдаНетНет
тРНКLys–LysRSPyrococcus horikoshiiдаНетНет[35]
тРНКGlu–GluRSPyrococcus horikoshiiдаНетНет[36]
тРНКЛея–LeuRSтРНК: мутант Галобактерии sp.
RS: Methanobacterium thermoautotrophicum		даНетНет[37]
тРНКЯнтарь-ПилРСMethanosarcina barkeri и Methanosarcina mazeiдадада[38]
тРНКЯнтарь-3-йодтирозил -RSRS: вариант Methanocaldococcus jannaschii aaRSдаНетНет[39]
тРНКТир / Янтарь-TyrRSкишечная палочкаНетдаНетПо данным 2003 г.,[40] упоминается в 2014 г. LeuRS[41]
тРНКяВстретились-GlnRSтРНК: человек
RS: кишечная палочка		НетдаНетПерешел на янтарный кодон.[42]
тРНКяfMet-TyrRSтРНК: кишечная палочка
RS: С. cerevisiae		дадаНетПерешел на янтарный кодон.[42]
тРНКЛей / янтарь-ЛЕЙРСкишечная палочкаНетдадаСообщено в 2004 году и мутировало на 2-аминооктановую кислоту, о-метилтирозин и о-нитробензилцистеин.[41] В дрожжах выделяется 4,5-диметокси-2-нитробензилсерин,[43] испытано на мышах с светочувствительным 4,5-диметокси-2-нитробензил-цистеином.[44]
тРНКТюр-TyrRSBacillus stearothermophilusНетНетда[9]
тРНКTrp-TrpRSBacillus subtilis, RS модифицированныйНетНетдаНовый AA - это 5-OH Trp.[45]

В 2017 году сообщалось о мыши, созданной с использованием расширенного генетического кода, которая может производить белки с неестественными аминокислотами.[46]

Ортогональные рибосомы

Подобно ортогональным тРНК и аминоацил тРНК-синтетазам (aaRS), ортогональные рибосомы были сконструированы для работы параллельно с естественными рибосомами. Ортогональные рибосомы в идеале используют транскрипты мРНК, отличные от их естественных аналогов, и в конечном итоге также должны использовать отдельный пул тРНК. Это должно облегчить некоторую потерю пригодности, которая в настоящее время все еще возникает из-за таких методов, как подавление янтарного кодона. Кроме того, ортогональные рибосомы можно мутировать и оптимизировать для конкретных задач, таких как распознавание квадруплетных кодонов. Такая оптимизация невозможна или крайне невыгодна для природных рибосом.

о-рибосома

В 2005 году были опубликованы три набора рибосом, которые не распознавали природную мРНК, а вместо этого транслировали отдельный пул ортогональной мРНК (о-мРНК).[47] Это было достигнуто путем изменения последовательности узнавания мРНК, Последовательность Шайна-Далгарно и соответствующую последовательность распознавания в 16S рРНК рибосом, так называемую последовательность Anti-Shine-Darlgarno-Sequence. Таким образом, пары оснований, которые обычно теряются при мутации любой последовательности, остаются доступными. Однако мутации в 16S рРНК не ограничивались явно спаренными нуклеотидами классической последовательности Anti-Shine-Darlgarno.

Рибо-Х

В 2007 году группа Джейсона В. Чина представила ортогональную рибосому, которая была оптимизирована для подавления кодонов Amber.[48] 16S рРНК была мутирована таким образом, что она связала фактор высвобождения RF1 менее прочно, чем естественная рибосома. Эта рибосома не устраняет проблему снижения приспособленности клеток, вызванную подавлением стоп-кодонов в природных белках. Однако благодаря улучшенной специфичности он значительно повысил выход правильно синтезированного целевого белка (с ~ 20% до> 60% процентов для подавления одного янтарного кодона и от <1% до> 20% для двух янтарных кодонов).

Рибо-Q

В 2010 году группа Джейсона В. Чина представила еще одну оптимизированную версию ортогональной рибосомы. Ribo-Q представляет собой 16S рРНК, оптимизированную для распознавания тРНК, которые имеют четырехкратные антикодоны для распознавания четверных кодонов вместо естественных триплетных кодонов.[33] При таком подходе количество возможных кодонов увеличивается с 64 до 256. Даже с учетом множества стоп-кодонов потенциально таким образом можно кодировать более 200 различных аминокислот.

Сшивание рибосом

Все описанные выше ортогональные рибосомы ориентированы на оптимизацию 16S рРНК. До сих пор эта оптимизированная 16S рРНК была объединена с естественными большими субъединицами с образованием ортогональных рибосом. Если 23S рРНК, главный РНК-компонент большой рибосомной субъединицы, также должна быть оптимизирована, необходимо убедиться, что не было перекрестных помех при сборке ортогональных и естественных рибосом (см. Рисунок X B). Чтобы гарантировать, что оптимизированная 23S рРНК будет формироваться в рибосомы только с оптимизированной 16S рРНК, две рРНК были объединены в один транскрипт.[49] Путем вставки последовательности 23S рРНК в петлевой участок последовательности 16S рРНК обе субъединицы по-прежнему принимают функционирующие складки. Поскольку две рРНК связаны и, таким образом, находятся в постоянной близости, они предпочтительно связываются друг с другом, а не с другими свободно плавающими рибосомными субъединицами.

Инженерный центр пептидилтрансферазы

В 2014 году было показано, что путем изменения пептидилтрансферазного центра 23S рРНК могут быть созданы рибосомы, которые используют ортогональные пулы тРНК.[50] 3’-конец тРНК универсально консервативен как CCA. Две пары оснований цитидина с двумя гуанинами - 23S рРНК для связывания тРНК с рибосомой. Это взаимодействие необходимо для точности перевода. Однако путем совместной мутации связывающих нуклеотидов таким образом, что они все еще могут образовывать пары оснований, точность трансляции может быть сохранена. 3’-конец тРНК мутирован с CCA на CGA, а два цитидиновых нуклеотида в рибосомах A- и P-сайты мутировали в гуанидин. Это приводит к рибосомам, которые не принимают природные тРНК в качестве субстратов, и к тРНК, которые не могут использоваться в качестве субстратов естественными рибосомами.
Чтобы использовать такие тРНК эффективно, они должны быть аминоацилированы специфическими ортогональными aaRS. Большинство встречающихся в природе aaRS распознают 3’-конец соответствующей тРНК.[51][52] aaRS для этих 3’-мутировавших тРНК пока недоступны. До сих пор было показано, что эта система работает только в перевод in vitro установка, при которой аминоацилирование ортогональной тРНК было достигнуто с использованием так называемых «флексизимов». Флексизимы - это рибозимы с активностью аминоаклилирования тРНК.[53]

Приложения

С расширенным генетическим кодом неприродная аминокислота может быть генетически направлена ​​в любой выбранный сайт в интересующем белке. Высокая эффективность и точность этого процесса позволяет лучше контролировать размещение модификации по сравнению с посттрансляционной модификацией белка, которая, как правило, нацелена на все аминокислоты того же типа, такие как тиоловая группа цистеин и аминогруппа лизина.[54] Кроме того, расширенный генетический код позволяет проводить модификации. in vivo.Способность сайт-специфически направлять синтезированные в лаборатории химические фрагменты в белки позволяет проводить многие виды исследований, которые в противном случае были бы чрезвычайно трудными, например:

  • Исследование структуры и функции белка: с использованием аминокислот немного другого размера, таких как О-метилтирозин или дансилаланин вместо тирозина, и путем вставки генетически закодированных репортерных фрагментов (изменяющих цвет и / или спин-активных) в выбранные белковые сайты можно измерить химическую информацию о структуре и функции белка.
  • Исследование роли посттрансляционных модификаций в структуре и функции белков: с использованием аминокислот, имитирующих посттрансляционные модификации такой как фосфосерин, может быть получен биологически активный белок, и сайт-специфический характер включения аминокислоты может привести к информации о том, как положение, плотность и распределение белка влияет на функцию белка.[55][56][57][58]
  • Идентификация и регулирование активности белка: с помощью аминокислот с фотоклеткой функция белка может быть «включена» или выключена путем освещения организма.
  • Изменение способа действия белка: можно начать с гена белка, который связывает определенную последовательность ДНК, и, вставив химически активную аминокислоту в сайт связывания, преобразовать ее в белок, который разрезает ДНК, а не связывая это.
  • Повышение иммуногенности и преодоление самотолерантности: путем замены стратегически выбранных тирозинов на п-нитро фенилаланин, переносимый собственный белок можно сделать иммуногенным.[59]
  • Избирательное разрушение выбранных клеточных компонентов: используя расширенный генетический код, неестественные, деструктивные химические составляющие (иногда называемые «химическими боеголовками») могут быть включены в белки, нацеленные на определенные клеточные компоненты.[60]
  • Производство лучшего белка: эволюция бактериофагов Т7 на не эволюционирующем Кишечная палочка штамм, кодирующий 3-йодтирозин на янтарном кодоне, привел к более приспособленной популяции, чем штамм дикого типа, благодаря присутствию йодтирозина в его протеоме[61]

Будущее

Расширение генетического кода все еще находится в зачаточном состоянии. В текущей методике одновременно используется только одна нестандартная аминокислота, тогда как в идеале можно использовать несколько.

Перекодированный синтетический геном

Один из способов кодирования множества неприродных аминокислот - синтез переписанного генома.[62] В 2010 году ценой 40 миллионов долларов на организм, Лаборатория микоплазм, был сконструирован под контролем синтетического, но не перекодированного генома.[63] В 2019 г. Кишечная палочка Был создан Syn61 с перекодированным геномом с 4 мегабазами, состоящим только из 61 кодона вместо естественных 64.[3][2] Помимо устранения использования редких кодонов, необходимо повысить специфичность системы, поскольку многие тРНК распознают несколько кодонов.[62]

Расширенный генетический алфавит

Основная статья: Неестественная базовая пара

Другой подход состоит в увеличении количества азотистых оснований для увеличения кодирующей способности.

Неестественная пара оснований (UBP) - это спроектированная субъединица (или азотистое основание ) из ДНК который создается в лаборатории и не встречается в природе. Демонстрация UBP была достигнута in vitro группы Ичиро Хирао в RIKEN институт в Японии. В 2002 году они разработали неестественную пару оснований между 2-амино-8- (2-тиенил) пурином (ами) и пиридин-2-оном (у), которая функционирует in vitro в транскрипции и трансляции для сайт-специфического включения нестандартных аминокислот в белки.[64] В 2006 году они создали 7- (2-тиенил) имидазо [4,5-b] пиридин (Ds) и пиррол-2-карбальдегид (Pa) в качестве третьей пары оснований для репликации и транскрипции.[65] Впоследствии Ds и 4- [3- (6-аминогексанамидо) -1-пропинил] -2-нитропиррол (Px) были обнаружены как высокоточная пара в ПЦР-амплификации.[66][67] В 2013 году они применили пару Ds-Px для создания ДНК-аптамеров с помощью in vitro селекция (SELEX) и продемонстрировала, что расширение генетического алфавита значительно увеличивает сродство ДНК-аптамеров к целевым белкам.[68]

В 2012 году группа американских ученых во главе с Флойдом Ромесбергом, химическим биологом из Научно-исследовательский институт Скриппса в Сан-Диего, Калифорния, опубликовал, что его команда разработала неестественную пару оснований (UBP).[69] Два новых искусственных нуклеотида или Неестественная базовая пара (УБП) были названы "d5SICS " и "dNaM. "Технически эти искусственные нуклеотиды несущий гидрофобный азотистые основания, имеют две слитные ароматические кольца которые образуют комплекс (d5SICS – dNaM) или пару оснований в ДНК.[70][71] В 2014 году та же команда из Исследовательского института Скриппса сообщила, что они синтезировали отрезок кольцевой ДНК, известный как плазмида содержащий естественные пары оснований T-A и C-G вместе с наиболее эффективным UBP, разработанным лабораторией Ромесберга, и вставлял его в клетки общей бактерии Кишечная палочка которые успешно воспроизвели неестественные пары оснований в нескольких поколениях.[72] Это первый известный пример передачи живым организмом расширенного генетического кода последующим поколениям.[70][73] Частично это было достигнуто путем добавления поддерживающего гена водорослей, который экспрессирует нуклеотидтрифосфат транспортер, который эффективно импортирует трифосфаты как d5SICSTP, так и dNaMTP в Кишечная палочка бактерии.[70] Затем естественные пути репликации бактерий используют их для точного воспроизведения плазмида содержащий d5SICS – dNaM.

Успешное включение третьей пары оснований в живой микроорганизм является значительным прорывом на пути к цели значительного увеличения числа аминокислоты которые могут кодироваться ДНК, тем самым расширяя потенциал живых организмов по производству новых белки.[72] Искусственные нити ДНК еще ничего не кодируют, но ученые предполагают, что они могут быть созданы для производства новых белков, которые могут иметь промышленное или фармацевтическое применение.[74]

В мае 2014 года исследователи объявили, что успешно внедрили два новых искусственных нуклеотиды в бактериальную ДНК и путем включения отдельных искусственных нуклеотидов в культуральную среду, смогли пройти бактерии 24 раза; они не создали мРНК или белки, способные использовать искусственные нуклеотиды.[70][75][76][77]

Связанные методы

Метод селективного включения под давлением (SPI) для производства аллопротеинов

Было проведено множество исследований, в которых производился белок с нестандартными аминокислотами, но они не меняли генетический код. Эти белки, называемые аллопротеин, получаются путем инкубации клеток с неприродной аминокислотой в отсутствие похожей кодированной аминокислоты для того, чтобы первая была включена в белок вместо последней, например L-2-аминогексановая кислота (Ahx) вместо метионина (Met).[78]

Эти исследования опираются на естественные беспорядочная деятельность из аминоацил тРНК синтетаза добавить к своей целевой тРНК неприродную аминокислоту (т.е. аналог), подобную природному субстрату, например, метионил-тРНК-синтазу, ошибочно принимающую изолейцин за метионин.[79] В кристаллографии белков, например, добавление селенометионина в среду культуры метионин-ауксотрофного штамма приводит к белкам, содержащим селенометионин, в отличие от метионина (а именно Многоволновая аномальная дисперсия по причине).[80] Другой пример: фотолейцин и фотометионин добавляются вместо лейцина и метионина для перекрестной метки белка.[81]Точно так же некоторые устойчивые к теллуру грибы могут включать теллуроцистеин и теллурометионин в их белок вместо цистеина и метионина.[82]Задача расширения генетического кода более радикальна, поскольку он не заменяет аминокислоту, а добавляет одну или несколько к коду. С другой стороны, замены всего протеома наиболее эффективно выполняются глобальными аминокислотными заменами. Например, глобальные замены природных аминокислот на фторированные аналоги в масштабах всего протеома были предприняты в Кишечная палочка[83] и Б. subtilis.[84] Полное замещение триптофана тиенопирролаланином в ответ на 20899 Кодоны UGG в Кишечная палочка в 2015 г. сообщил Будиса и Söll.[85] Более того, многие биологические явления, такие как сворачивание и стабильность белка, основаны на синергетических эффектах во многих положениях в последовательности белка.[86]

В этом контексте метод SPI генерирует варианты рекомбинантного белка или аллопротеины непосредственно путем замены природных аминокислот на неестественные аналоги.[87] Хозяин с ауксотрофной экспрессией аминокислот дополняется аналогом аминокислоты во время экспрессии целевого белка.[88] Такой подход позволяет избежать ошибок, связанных с методами подавления.[89] и он превосходит его с точки зрения эффективности, воспроизводимости и чрезвычайно простой экспериментальной установки.[90] Многочисленные исследования продемонстрировали, как глобальная замена канонических аминокислот различными изостерическими аналогами вызывает минимальные структурные нарушения, но драматические изменения в термодинамике,[91] складной[92] агрегирование[93] спектральные свойства[94][95] и ферментативная активность.[96]

in vitro синтез

Основная статья: отображение мРНК

Описанное выше расширение генетического кода in vivo. Альтернатива - смена кодировки in vitro переводческие эксперименты. Это требует истощения всех тРНК и избирательного повторного введения определенных аминоацилированных тРНК, некоторые из которых химически аминоацилированы.[97]

Химический синтез

Основная статья: Синтез пептидов

Есть несколько методов производства пептиды химически, как правило, это химия твердофазной защиты. Это означает, что любая (защищенная) аминокислота может быть добавлена ​​в возникающую последовательность.

В ноябре 2017 года команда из Научно-исследовательский институт Скриппса сообщил о создании полусинтетического Кишечная палочка геном бактерий с использованием шести различных нуклеиновых кислот (по сравнению с четырьмя в природе). Две лишние «буквы» образуют третью, неестественную пару оснований. Полученные организмы смогли развиваться и синтезировать белки, используя «неприродные аминокислоты».[98][99] Используемая неестественная пара оснований dNaM –DTPT3.[99] Эта неестественная пара оснований была продемонстрирована ранее,[100][101] но это первый отчет транскрипция и перевод белков с использованием неестественной пары оснований.

Смотрите также

Рекомендации

  1. ^ Се Дж., Шульц П.Г. (декабрь 2005 г.). «Добавление аминокислот в генетический репертуар». Современное мнение в области химической биологии. 9 (6): 548–54. Дои:10.1016 / j.cbpa.2005.10.011. PMID  16260173.
  2. ^ а б Циммер С (15 мая 2019 г.). «Ученые создали бактерии с синтетическим геномом. Является ли эта жизнь искусственной? - Вехой в синтетической биологии колонии E. coli процветают благодаря ДНК, созданной с нуля людьми, а не природой». Нью-Йорк Таймс. Получено 16 мая 2019.
  3. ^ а б Фреденс Дж., Ван К., де ла Торре Д., Функе Л. Ф., Робертсон В. Е., Христова Ю. и др. (Май 2019). «Полный синтез Escherichia coli с перекодированным геномом». Природа. 569 (7757): 514–518. Bibcode:2019Натура.569..514F. Дои:10.1038 / с41586-019-1192-5. ЧВК  7039709. PMID  31092918.
  4. ^ Кубышкин В., Асеведо-Роча К.Г., Будиса Н. (февраль 2018). «Об универсальных событиях кодирования в биогенезе белков». Биосистемы. 164: 16–25. Дои:10.1016 / j.biosystems.2017.10.004. PMID  29030023.
  5. ^ Кубышкин В., Будиса Н. (август 2017 г.). «Синтетическое отчуждение микробных организмов с помощью инженерии генного кода: почему и как?». Биотехнологический журнал. 12 (8): 1600097. Дои:10.1002 / biot.201600097. PMID  28671771.
  6. ^ а б c d е Ван Л., Брок А., Герберих Б., Шульц П. Г. (апрель 2001 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli». Наука. 292 (5516): 498–500. Bibcode:2001Sci ... 292..498W. Дои:10.1126 / science.1060077. PMID  11313494. S2CID  6702011.
  7. ^ а б Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Нью-Йорк: Наука о гирляндах. ISBN  978-0-8153-4105-5.
  8. ^ Woese CR, Olsen GJ, Ibba M, Söll D (март 2000 г.). «Аминоацил-тРНК синтетазы, генетический код и эволюционный процесс». Обзоры микробиологии и молекулярной биологии. 64 (1): 202–36. Дои:10.1128 / ммбр.64.1.202-236.2000. ЧВК  98992. PMID  10704480.
  9. ^ а б Сакамото К., Хаяси А., Сакамото А., Кига Д., Накаяма Х., Сома А. и др. (Ноябрь 2002 г.). «Сайт-специфическое включение неприродной аминокислоты в белки в клетках млекопитающих». Исследования нуклеиновых кислот. 30 (21): 4692–9. Дои:10.1093 / nar / gkf589. ЧВК  135798. PMID  12409460.
  10. ^ а б c Лю CC, Шульц PG (2010). «Добавление нового химического состава в генетический код». Ежегодный обзор биохимии. 79: 413–44. Дои:10.1146 / annurev.biochem.052308.105824. PMID  20307192.
  11. ^ Саммерер Д., Чен С., Ву Н., Дейтерс А., Чин Дж. В., Шульц П. Г. (июнь 2006 г.). «Генетически кодируемая флуоресцентная аминокислота». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 103 (26): 9785–9. Bibcode:2006ПНАС..103.9785С. Дои:10.1073 / pnas.0603965103. ЧВК  1502531. PMID  16785423.
  12. ^ а б Штейнфельд Дж. Б., Аэрни Х. Р., Рогулина С., Лю Ю., Райнхарт Дж. (Май 2014 г.). «Расширенные пулы клеточных аминокислот, содержащие фосфосерин, фосфотреонин и фосфотирозин». ACS Химическая биология. 9 (5): 1104–12. Дои:10.1021 / cb5000532. ЧВК  4027946. PMID  24646179.
  13. ^ Ван Л., Се Дж., Шульц П. Г. (2006). «Расширение генетического кода». Ежегодный обзор биофизики и структуры биомолекул. 35: 225–49. Дои:10.1146 / annurev.biophys.35.101105.121507. PMID  16689635.
  14. ^ Молодой Т.С., Шульц П.Г. (апрель 2010 г.). «За пределами канонических 20 аминокислот: расширение генетического лексикона». Журнал биологической химии. 285 (15): 11039–44. Дои:10.1074 / jbc.R109.091306. ЧВК  2856976. PMID  20147747.
  15. ^ а б "Лаборатория Питера Г. Шульца". Schultz.scripps.edu. Получено 2015-05-05.
  16. ^ Cardillo G, Gentilucci L, Tolomelli A (март 2006 г.). «Необычные аминокислоты: синтез и введение в пептиды природного происхождения и биологически активные аналоги». Мини-обзоры по медицинской химии. 6 (3): 293–304. Дои:10.2174/138955706776073394. PMID  16515468.
  17. ^ Журнал Американского химического общества. 2003 29 января; 125 (4): 935-9. Создание бактерии с генетическим кодом из 21 аминокислоты. Мель Р.А., Андерсон Дж.С., Санторо ЮЗ, Ван Л., Мартин А.Б., Кинг Д.С., Хорн Д.М., Шульц П.Г.
  18. ^ «Контекст :: 21-аминокислотные бактерии: расширение генетического кода». Straddle3.net. Получено 2015-05-05.
  19. ^ Кунин Е.В., Новожилов А.С. (февраль 2009 г.). «Происхождение и эволюция генетического кода: универсальная загадка». IUBMB Life. 61 (2): 99–111. arXiv:0807.4749. Дои:10.1002 / iub.146. ЧВК  3293468. PMID  19117371.
  20. ^ Малой С.Р., Вэлли Джозеф Стюарт VJ, Тейлор Р.К. (1996). Генетический анализ болезнетворных бактерий: лабораторное руководство. Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN  978-0-87969-453-1.
  21. ^ Норманли Дж., Кляйна Л.Г., Массон Дж. М., Абельсон Дж., Миллер Дж. Х. (июнь 1990 г.). «Конструирование генов тРНК-супрессоров янтаря Escherichia coli. III. Определение специфичности тРНК». Журнал молекулярной биологии. 213 (4): 719–26. Дои:10.1016 / S0022-2836 (05) 80258-X. PMID  2141650.
  22. ^ Ван Л., Маглиери Т.Дж., Лю Д.Р., Шульц П.Г. (2000). «Новая функциональная супрессорная пара тРНК / аминоацил-тРНК синтетаза для in vivo включения неприродных аминокислот в белки» (PDF). Варенье. Chem. Soc. 122 (20): 5010–5011. Дои:10.1021 / ja000595y.
  23. ^ Ван Л., Брок А., Герберих Б., Шульц П. Г. (апрель 2001 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli». Наука. 292 (5516): 498–500. Bibcode:2001Sci ... 292..498W. Дои:10.1126 / science.1060077. PMID  11313494. S2CID  6702011.
  24. ^ Ван Л., Брок А., Шульц П. Г. (март 2002 г.). «Добавление L-3- (2-нафтил) аланина к генетическому коду E. coli». Журнал Американского химического общества. 124 (9): 1836–7. Дои:10.1021 / ja012307j. PMID  11866580.
  25. ^ Чин Дж. В., Мартин А. Б., Кинг Д. С., Ван Л., Шульц П. Г. (август 2002 г.). «Добавление фотосшивающей аминокислоты к генетическому коду Escherichiacoli». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 99 (17): 11020–4. Bibcode:2002PNAS ... 9911020C. Дои:10.1073 / pnas.172226299. ЧВК  123203. PMID  12154230.
  26. ^ Аэрни Х.Р., Шифман М.А., Рогулина С., О'Донохью П., Райнхарт Дж. (Январь 2015 г.). «Выявление аминокислотного состава белков в расширенном генетическом коде». Исследования нуклеиновых кислот. 43 (2): e8. Дои:10.1093 / нар / gku1087. ЧВК  4333366. PMID  25378305.
  27. ^ Isaacs FJ, Carr PA, Wang HH, Lajoie MJ, Sterling B., Kraal L, et al. (Июль 2011 г.). «Точное манипулирование хромосомами in vivo позволяет заменять кодоны в масштабе всего генома». Наука. 333 (6040): 348–53. Bibcode:2011Наука ... 333..348I. Дои:10.1126 / science.1205822. ЧВК  5472332. PMID  21764749.
  28. ^ Lajoie MJ, Rovner AJ, Goodman DB, Aerni HR, Haimovich AD, Kuznetsov G, et al. (Октябрь 2013). «Геномно перекодированные организмы расширяют биологические функции». Наука. 342 (6156): 357–60. Bibcode:2013Наука ... 342..357Л. Дои:10.1126 / science.1241459. ЧВК  4924538. PMID  24136966.
  29. ^ Mandell DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE, et al. (Февраль 2015 г.). «Биосдерживание генетически модифицированных организмов с помощью дизайна синтетических белков». Природа. 518 (7537): 55–60. Bibcode:2015Натура.518 ... 55 млн. Дои:10.1038 / природа14121. ЧВК  4422498. PMID  25607366.
  30. ^ Цзэн Ю., Ван В., Лю В. Р. (август 2014 г.). «К переназначению редкого кодона AGG в Escherichia coli». ChemBioChem. 15 (12): 1750–4. Дои:10.1002 / cbic.201400075. ЧВК  4167342. PMID  25044341.
  31. ^ Болке Н., Будиса Н. (февраль 2014 г.). «Освобождение смыслового кодона для включения в протеом неканонических аминокислот: редкий изолейцин-кодон AUA как мишень для расширения генетического кода». Письма о микробиологии FEMS. 351 (2): 133–44. Дои:10.1111/1574-6968.12371. ЧВК  4237120. PMID  24433543.
  32. ^ Хосл М.Г., Будиса Н. (октябрь 2012 г.). «Последние достижения в области инженерии генного кода в Escherichia coli». Текущее мнение в области биотехнологии. 23 (5): 751–7. Дои:10.1016 / j.copbio.2011.12.027. PMID  22237016.
  33. ^ а б Нойманн Х., Ван К., Дэвис Л., Гарсия-Алай М., Чин Дж. У. (март 2010 г.). «Кодирование множества неестественных аминокислот посредством эволюции рибосомы, декодирующей квадруплет» (PDF). Природа. 464 (7287): 441–4. Bibcode:2010Натура.464..441Н. Дои:10.1038 / природа08817. PMID  20154731. S2CID  4390989.
  34. ^ Ватанабэ Т., Муранака Н., Хосака Т. (март 2008 г.). «Четырехосновный кодон-опосредованный насыщающий мутагенез в бесклеточной системе трансляции». Журнал биологии и биоинженерии. 105 (3): 211–5. Дои:10.1263 / jbb.105.211. PMID  18397770.
  35. ^ Андерсон Дж. К., Ву Н., Санторо С. В., Лакшман В., Кинг Д. С., Шульц П. Г. (май 2004 г.). «Расширенный генетический код с функциональным квадруплетным кодоном». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (20): 7566–71. Bibcode:2004ПНАС..101.7566А. Дои:10.1073 / pnas.0401517101. ЧВК  419646. PMID  15138302.
  36. ^ Санторо SW, Андерсон Дж. С., Лакшман В., Шульц П. Г. (декабрь 2003 г.). «Произведенная из архебактерий пара глутамил-тРНК синтетазы и тРНК для мутагенеза белков из неприродных аминокислот в Escherichia coli». Исследования нуклеиновых кислот. 31 (23): 6700–9. Дои:10.1093 / нар / gkg903. ЧВК  290271. PMID  14627803.
  37. ^ Андерсон Дж. С., Шульц П. Г. (август 2003 г.). «Адаптация ортогональной архейной лейцил-тРНК и пары синтетазы для подавления четырех оснований, янтаря и опала». Биохимия. 42 (32): 9598–608. Дои:10.1021 / bi034550w. PMID  12911301.
  38. ^ Хэнкок С.М., Упрети Р., Дейтерс А., Чин Дж. У. (октябрь 2010 г.). «Расширение генетического кода дрожжей для включения различных неприродных аминокислот через пару пирролизил-тРНК синтетаза / тРНК». Журнал Американского химического общества. 132 (42): 14819–24. Дои:10.1021 / ja104609m. ЧВК  2956376. PMID  20925334.
  39. ^ Минаба М., Като Ю. (март 2014 г.). «Высокопроизводительная экспрессионная система с нулевой утечкой и переключателем трансляции с использованием сайт-специфичного включения неестественных аминокислот». Прикладная и экологическая микробиология. 80 (5): 1718–25. Дои:10.1128 / AEM.03417-13. ЧВК  3957627. PMID  24375139.
  40. ^ Чин Дж. У., Кропп Т. А., Андерсон Дж. К., Мукхерджи М., Чжан З., Шульц П. Г. (август 2003 г.). «Расширенный генетический код эукариот». Наука. 301 (5635): 964–7. Bibcode:2003Наука ... 301..964C. Дои:10.1126 / science.1084772. PMID  12920298. S2CID  2376187.
  41. ^ а б Ву Н., Дейтерс А., Кропп Т.А., Кинг Д., Шульц П.Г. (ноябрь 2004 г.). «Генетически кодируемая аминокислота с фотоклеткой». Журнал Американского химического общества. 126 (44): 14306–7. Дои:10.1021 / ja040175z. PMID  15521721.
  42. ^ а б Коваль А.К., Корер С., Радж Бхандари УЛ (февраль 2001 г.). «Двадцать первая пара тРНК аминоацил-тРНК синтетаза-супрессор тРНК для возможного использования в сайт-специфическом включении аналогов аминокислот в белки у эукариот и эубактерий». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 98 (5): 2268–73. Bibcode:2001PNAS ... 98.2268K. Дои:10.1073 / pnas.031488298. ЧВК  30127. PMID  11226228.
  43. ^ Lemke EA, Summerer D, Geierstanger BH, Brittain SM, Schultz PG (декабрь 2007 г.). «Контроль фосфорилирования белка с помощью генетически кодируемой аминокислоты с фотоклеткой». Природа Химическая Биология. 3 (12): 769–72. Дои:10.1038 / nchembio.2007.44. PMID  17965709.
  44. ^ Кан Дж.Й., Кавагути Д., Монета I, Сян З., О'Лири Д.Д., Слезингер ПА, Ван Л. (октябрь 2013 г.). «Экспрессия in vivo светоактивируемого калиевого канала с использованием неприродных аминокислот». Нейрон. 80 (2): 358–70. Дои:10.1016 / j.neuron.2013.08.016. ЧВК  3815458. PMID  24139041.
  45. ^ Чжан З., Альфона Л., Тиан Ф., Бурсулая Б., Урю С., Кинг Д.С., Шульц П.Г. (июнь 2004 г.). «Селективное включение 5-гидрокситриптофана в белки в клетках млекопитающих». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 101 (24): 8882–7. Bibcode:2004PNAS..101.8882Z. Дои:10.1073 / pnas.0307029101. ЧВК  428441. PMID  15187228.
  46. ^ Хан С., Ян А., Ли С., Ли Х.В., Пак CB, Park HS (февраль 2017 г.). «Расширение генетического кода Mus musculus». Nature Communications. 8: 14568. Bibcode:2017НатКо ... 814568H. Дои:10.1038 / ncomms14568. ЧВК  5321798. PMID  28220771.
  47. ^ Рэкхем О., Чин Дж. В. (август 2005 г.). «Сеть ортогональных пар рибосома х мРНК». Природа Химическая Биология. 1 (3): 159–66. Дои:10.1038 / nchembio719. PMID  16408021. S2CID  37181098.
  48. ^ Ван К., Нойманн Х., Пик-Чу С.И., Чин Дж.В. (июль 2007 г.). «Развитые ортогональные рибосомы повышают эффективность расширения синтетического генетического кода» (PDF). Природа Биотехнологии. 25 (7): 770–7. Дои:10.1038 / nbt1314. PMID  17592474. S2CID  19683574.
  49. ^ Fried SD, Schmied WH, Uttamapinant C, Chin JW (октябрь 2015 г.). «Сшивание субъединиц рибосомы для ортогональной трансляции в E. coli». Angewandte Chemie. 54 (43): 12791–4. Дои:10.1002 / anie.201506311. ЧВК  4678508. PMID  26465656.
  50. ^ Терасака Н., Хаяси Г., Като Т., Шуга Х (июль 2014 г.). «Ортогональная пара рибосома-тРНК через конструирование центра пептидилтрансферазы». Природа Химическая Биология. 10 (7): 555–7. Дои:10.1038 / nchembio.1549. PMID  24907900.
  51. ^ Каварелли Дж., Морас Д. (январь 1993 г.). «Распознавание тРНК аминоацил-тРНК синтетаз». Журнал FASEB. 7 (1): 79–86. Дои:10.1096 / fasebj.7.1.8422978. PMID  8422978. S2CID  46222849.
  52. ^ Schimmel PR, Söll D (1979). «Аминоацил-тРНК синтетазы: общие особенности и распознавание транспортных РНК». Ежегодный обзор биохимии. 48: 601–48. Дои:10.1146 / annurev.bi.48.070179.003125. PMID  382994.
  53. ^ Охучи М., Мураками Х., Суга Х. (октябрь 2007 г.). «Система flexizyme: очень гибкий инструмент аминоацилирования тРНК для аппарата трансляции». Современное мнение в области химической биологии. 11 (5): 537–42. Дои:10.1016 / j.cbpa.2007.08.011. PMID  17884697.
  54. ^ Ван К., Пэрриш А. Р., Ван Л. (март 2009 г.). «Расширение генетического кода для биологических исследований». Химия и биология. 16 (3): 323–36. Дои:10.1016 / j.chembiol.2009.03.001. ЧВК  2696486. PMID  19318213.
  55. ^ Park HS, Hohn MJ, Umehara T., Guo LT, Osborne EM, Benner J, et al. (Август 2011 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli с помощью фосфосерина». Наука. 333 (6046): 1151–4. Bibcode:2011Научный ... 333.1151П. Дои:10.1126 / science.1207203. ЧВК  5547737. PMID  21868676.
  56. ^ Оза Дж. П., Аэрни Х. Р., Пирман Н. Л., Барбер К. В., Тер Хаар С. М., Рогулина С. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Надежное производство рекомбинантных фосфопротеинов с использованием внеклеточного синтеза белка». Nature Communications. 6: 8168. Bibcode:2015 НатКо ... 6.8168O. Дои:10.1038 / ncomms9168. ЧВК  4566161. PMID  26350765.
  57. ^ Пирман Н.Л., Барбер К.В., Аэрни Х.Р., Ма Н.Дж., Хаймович А.Д., Рогулина С. и др. (Сентябрь 2015 г.). «Гибкий кодон в геномно перекодированной Escherichia coli позволяет программируемое фосфорилирование белка». Nature Communications. 6: 8130. Bibcode:2015 НатКо ... 6.8130P. Дои:10.1038 / ncomms9130. ЧВК  4566969. PMID  26350500.
  58. ^ Роджерсон Д.Т., Сачдева А., Ван К., Хак Т., Казлаускайте А., Хэнкок С.М. и др. (Июль 2015 г.). «Эффективное генетическое кодирование фосфосерина и его негидролизуемого аналога». Природа Химическая Биология. 11 (7): 496–503. Дои:10.1038 / nchembio.1823. ЧВК  4830402. PMID  26030730.
  59. ^ Гауба В., Грюневальд Дж., Горни В., Дитон Л. М., Канг М., Бурсулая Б. и др. (Август 2011 г.). «Утрата CD4 T-клеточной толерантности к белкам с модифицированными аминокислотами». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 108 (31): 12821–6. Bibcode:2011ПНАС..10812821Г. Дои:10.1073 / pnas.1110042108. ЧВК  3150954. PMID  21768354.
  60. ^ Лю С.К., Мак А.В., Брустад Е.М., Миллс Дж. Х., Грофф Д., Смидер В. В., Шульц П. Г. (июль 2009 г.). «Эволюция белков с генетически закодированными» химическими боеголовками"". Журнал Американского химического общества. 131 (28): 9616–7. Дои:10.1021 / ja902985e. ЧВК  2745334. PMID  19555063.
  61. ^ Хаммерлинг MJ, Эллефсон JW, Бутц DR, Marcotte EM, Ellington AD, Barrick JE (март 2014 г.). «Бактериофаги используют расширенный генетический код на эволюционных путях к более высокой приспособленности». Природа Химическая Биология. 10 (3): 178–80. Дои:10.1038 / nchembio.1450. ЧВК  3932624. PMID  24487692.
  62. ^ а б Кришнакумар Р., Линг Дж. (Январь 2014 г.). «Экспериментальные проблемы переназначения смыслового кодона: инновационный подход к расширению генетического кода». Письма FEBS. 588 (3): 383–8. Дои:10.1016 / j.febslet.2013.11.039. PMID  24333334. S2CID  10152595.
  63. ^ Гибсон Д.Г., Гласс Дж. И., Лартиг С., Носков В.Н., Чуанг Р.Ю., Альгире М.А. и др. (Июль 2010 г.). «Создание бактериальной клетки под контролем химически синтезированного генома». Наука. 329 (5987): 52–6. Bibcode:2010Sci ... 329 ... 52G. Дои:10.1126 / science.1190719. PMID  20488990.
  64. ^ Хирао И., Оцуки Т., Фудзивара Т., Мицуи Т., Йокогава Т., Окуни Т. и др. (Февраль 2002 г.). «Неестественная пара оснований для включения аналогов аминокислот в белки». Природа Биотехнологии. 20 (2): 177–82. Дои:10.1038 / nbt0202-177. PMID  11821864. S2CID  22055476.
  65. ^ Хирао И., Кимото М., Мицуи Т., Фудзивара Т., Кавай Р., Сато А. и др. (Сентябрь 2006 г.). «Неестественная гидрофобная система пар оснований: сайт-специфическое включение аналогов нуклеотидов в ДНК и РНК». Природные методы. 3 (9): 729–35. Дои:10.1038 / nmeth915. PMID  16929319. S2CID  6494156.
  66. ^ Кимото М., Кавай Р., Мицуи Т., Ёкояма С., Хирао И. (февраль 2009 г.). «Неестественная система пар оснований для эффективной ПЦР-амплификации и функционализации молекул ДНК». Исследования нуклеиновых кислот. 37 (2): e14. Дои:10.1093 / нар / gkn956. ЧВК  2632903. PMID  19073696.
  67. ^ Ямашиге Р., Кимото М., Такэдзава И., Сато А., Мицуи Т., Ёкояма С., Хирао И. (март 2012 г.). «Высокоспецифичные системы неестественных пар оснований в качестве третьей пары оснований для ПЦР-амплификации». Исследования нуклеиновых кислот. 40 (6): 2793–806. Дои:10.1093 / nar / gkr1068. ЧВК  3315302. PMID  22121213.
  68. ^ Кимото М., Ямашиге Р., Мацунага К., Йокояма С., Хирао И. (май 2013 г.). «Генерация высокоаффинных ДНК-аптамеров с использованием расширенного генетического алфавита». Природа Биотехнологии. 31 (5): 453–7. Дои:10.1038 / nbt.2556. PMID  23563318. S2CID  23329867.
  69. ^ Малышев Д.А., Дхами К., Quach HT, Lavergne T, Ordoukhanian P, Torkamani A, Romesberg FE (июль 2012 г.). «Эффективная и независимая от последовательности репликация ДНК, содержащей третью пару оснований, устанавливает функциональный шестибуквенный генетический алфавит». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 109 (30): 12005–10. Bibcode:2012ПНАС..10912005М. Дои:10.1073 / pnas.1205176109. ЧВК  3409741. PMID  22773812.
  70. ^ а б c d Малышев Д.А., Дхами К., Лавергн Т., Чен Т., Дай Н., Фостер Дж. М. и др. (Май 2014 г.). «Полусинтетический организм с расширенным генетическим алфавитом». Природа. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Натура.509..385M. Дои:10.1038 / природа13314. ЧВК  4058825. PMID  24805238.
  71. ^ Callaway E (7 мая 2014 г.). «Ученые создали первый живой организм с« искусственной »ДНК». Новости природы. Huffington Post. Получено 8 мая 2014.
  72. ^ а б Fikes BJ (8 мая 2014 г.). «Жизнь, созданная с помощью расширенного генетического кода». Сан-Диего Union Tribune. Архивировано из оригинал 9 мая 2014 г.. Получено 8 мая 2014.
  73. ^ Образец I (7 мая 2014 г.). «Первые формы жизни, передающие искусственную ДНК, созданную учеными США». Хранитель. Получено 8 мая 2014.
  74. ^ Поллак А (7 мая 2014 г.). «Ученые добавляют буквы к алфавиту ДНК, вселяя надежду и страх». Нью-Йорк Таймс. Получено 8 мая 2014.
  75. ^ Поллак А (7 мая 2014 г.). «Исследователи сообщают о прорыве в создании искусственного генетического кода». Нью-Йорк Таймс. Получено 7 мая, 2014.
  76. ^ Каллавей Э. (7 мая 2014 г.). «Первая жизнь с« чужеродной »ДНК». Природа. Дои:10.1038 / природа.2014.15179. S2CID  86967999. Получено 7 мая, 2014.
  77. ^ Амос Дж. (8 мая 2014 г.). «Полусинтетический жук расширяет алфавит жизни»'". Новости BBC. Получено 2014-05-09.
  78. ^ Koide H, Yokoyama S, Kawai G, Ha JM, Oka T, Kawai S и др. (Сентябрь 1988 г.). «Биосинтез белка, содержащего небелковую аминокислоту, с помощью Escherichia coli: L-2-аминогексановая кислота в положении 21 в эпидермальном факторе роста человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 85 (17): 6237–41. Bibcode:1988PNAS ... 85.6237K. Дои:10.1073 / пнас.85.17.6237. ЧВК  281944. PMID  3045813.
  79. ^ Ферла MP, Патрик WM (август 2014 г.). «Бактериальный биосинтез метионина». Микробиология. 160 (Pt 8): 1571–1584. Дои:10.1099 / мик ..0.077826-0. PMID  24939187.
  80. ^ Дубле С (2007). «Производство селенометионильных белков в системах экспрессии прокариот и эукариот». Протоколы макромолекулярной кристаллографии. Методы молекулярной биологии. 363. стр.91–108. Дои:10.1007/978-1-59745-209-0_5. ISBN  978-1-58829-292-6. PMID  17272838.
  81. ^ Сучанек М., Радзиковска А., Тиле С. (апрель 2005 г.). «Фото-лейцин и фото-метионин позволяют идентифицировать белок-белковые взаимодействия в живых клетках». Природные методы. 2 (4): 261–7. Дои:10.1038 / NMETH752. PMID  15782218.
  82. ^ Рамадан С.Е., Разак А.А., Рагаб А.М., эль-Мелейги М. (июнь 1989 г.). «Включение теллура в аминокислоты и белки у устойчивых к теллуру грибов». Биологические исследования микроэлементов. 20 (3): 225–32. Дои:10.1007 / BF02917437. PMID  2484755. S2CID  9439946.
  83. ^ Бахер Дж. М., Эллингтон А. Д. (сентябрь 2001 г.). «Отбор и характеристика вариантов Escherichia coli, способных расти на токсичном аналоге триптофана». Журнал бактериологии. 183 (18): 5414–25. Дои:10.1128 / jb.183.18.5414-5425.2001. ЧВК  95426. PMID  11514527.
  84. ^ Вонг Дж. Т. (октябрь 1983 г.). «Мутация членства в генетическом коде: потеря приспособленности из-за триптофана». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 80 (20): 6303–6. Bibcode:1983PNAS ... 80,6303 Вт. Дои:10.1073 / pnas.80.20.6303. ЧВК  394285. PMID  6413975.
  85. ^ Hoesl MG, Oehm S, Durkin P, Darmon E, Peil L, Aerni HR и др. (Август 2015 г.). «Химическая эволюция бактериального протеома». Angewandte Chemie. 54 (34): 10030–4. Дои:10.1002 / anie.201502868. ЧВК  4782924. PMID  26136259.NIHMSID: NIHMS711205
  86. ^ Мородер Л., Будиса Н. (апрель 2010 г.). «Синтетическая биология сворачивания белков». ХимФисХим. 11 (6): 1181–7. Дои:10.1002 / cphc.201000035. PMID  20391526.
  87. ^ Будиса Н. (декабрь 2004 г.). «Пролегомены к будущим экспериментальным усилиям по инженерии генного кода путем расширения его аминокислотного репертуара». Angewandte Chemie. 43 (47): 6426–63. Дои:10.1002 / anie.200300646. PMID  15578784.
  88. ^ Link AJ, Mock ML, Tirrell DA (декабрь 2003 г.). «Неканонические аминокислоты в белковой инженерии». Текущее мнение в области биотехнологии. 14 (6): 603–9. Дои:10.1016 / j.copbio.2003.10.011. PMID  14662389.
  89. ^ Неринг С., Будиса Н., Вильчи Б. (2012). «Анализ производительности ортогональных пар, разработанных для расширенного генетического кода эукариот». PLOS ONE. 7 (4): e31992. Bibcode:2012PLoSO ... 731992N. Дои:10.1371 / journal.pone.0031992. ЧВК  3320878. PMID  22493661.
  90. ^ Agostini F, Völler JS, Koksch B, Acevedo-Rocha CG, Кубышкин В., Будиса Н. (август 2017 г.). «Биокатализ с неприродными аминокислотами: энзимология встречает ксенобиологию». Angewandte Chemie. 56 (33): 9680–9703. Дои:10.1002 / anie.201610129. PMID  28085996.
  91. ^ Рубини М., Лептиен С., Голбик Р., Будиса Н. (июль 2006 г.). «Аминотриптофан-содержащий барстар: компромисс между структурой и функцией в дизайне и разработке белков с расширенным генетическим кодом». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика. 1764 (7): 1147–58. Дои:10.1016 / j.bbapap.2006.04.012. PMID  16782415.
  92. ^ Штайнер Т., Хесс П., Бэ Дж. Х., Вильчи Б., Мородер Л., Будиса Н. (февраль 2008 г.). «Синтетическая биология белков: настройка укладки и стабильности GFP с помощью фторпролина». PLOS ONE. 3 (2): e1680. Bibcode:2008PLoSO ... 3.1680S. Дои:10.1371 / journal.pone.0001680. ЧВК  2243022. PMID  18301757.
  93. ^ Wolschner C, Giese A, Kretzschmar HA, Huber R, Moroder L, Budisa N (май 2009 г.). «Разработка вариантов анти- и проагрегации для оценки эффектов окисления метионина в прионном белке человека». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 106 (19): 7756–61. Bibcode:2009PNAS..106.7756W. Дои:10.1073 / pnas.0902688106. ЧВК  2674404. PMID  19416900.
  94. ^ Лептиен С., Хосл М.Г., Меркель Л., Будиса Н. (октябрь 2008 г.). «Азатриптофаны наделяют белки собственной синей флуоресценцией». Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки. 105 (42): 16095–100. Bibcode:2008PNAS..10516095L. Дои:10.1073 / pnas.0802804105. ЧВК  2571030. PMID  18854410.
  95. ^ Bae JH, Rubini M, Jung G, Wiegand G, Seifert MH, Azim MK и др. (Май 2003 г.). «Расширение генетического кода позволяет создать новый« золотой »класс зеленых флуоресцентных белков». Журнал молекулярной биологии. 328 (5): 1071–81. Дои:10.1016 / с0022-2836 (03) 00364-4. PMID  12729742.
  96. ^ Hoesl MG, Acevedo-Rocha CG, Nehring S, Royter M, Wolschner C, Wiltschi B, Budisa N, Antranikian G (2011). «Конгенеры липазы, разработанные инженерией генетического кода». ChemCatChem. 3 (1): 213–221. Дои:10.1002 / cctc.201000253. ISSN  1867-3880. S2CID  86352672.
  97. ^ Хонг Ш., Квон Ю.С., Джеветт М.С. (2014). «Включение нестандартных аминокислот в белки с использованием внеклеточного синтеза белка Escherichia coli». Границы химии. 2: 34. Bibcode:2014FrCh .... 2 ... 34H. Дои:10.3389 / fchem.2014.00034. ЧВК  4050362. PMID  24959531.
  98. ^ «Неестественный» микроб может производить белки. Новости BBC. 29 ноября 2017.
  99. ^ а б Zhang Y, Ptacin JL, Fischer EC, Aerni HR, Caffaro CE, Сан-Хосе К. и др. (Ноябрь 2017 г.). «Полусинтетический организм, который хранит и извлекает увеличенную генетическую информацию». Природа. 551 (7682): 644–647. Bibcode:2017Натура.551..644Z. Дои:10.1038 / природа24659. ЧВК  5796663. PMID  29189780.
  100. ^ Howgego J (февраль 2014 г.). «О чужих нуклеотидах». Мир химии.
  101. ^ Ли Л., Дегардин М., Лавернь Т., Малышев Д.А., Дхами К., Ордуханян П., Ромесберг Ф.Э. (январь 2014 г.). «Натуральное воспроизведение неестественной пары оснований для расширения генетического алфавита и биотехнологических приложений». Журнал Американского химического общества. 136 (3): 826–9. Дои:10.1021 / ja408814g. ЧВК  3979842. PMID  24152106.