Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Не должно быть перекрестных помех между новой парой тРНК / синтазы и существующими молекулами тРНК / синтазы, только с рибосомами.

Расширен генетический код искусственно модифицированный генетический код , в котором один или несколько специфических кодоны были перераспределено для кодирования аминокислоты , которое не входит в числе 22 общих , естественно-кодированная протеиногенных аминокислота . [1]

Ключевые предпосылки для расширения генетического кода:

  • нестандартные аминокислоты , чтобы кодировать,
  • 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 синтетической биологии , прикладной биологической дисциплины, целью которой является создание живых систем для полезных целей. Расширение генетического кода обогащает репертуар полезных инструментов, доступных науке.

В мае 2019 года исследователи, предприняв знаковые усилия, сообщили о создании новой синтетической (возможно, искусственной ) формы жизнеспособной жизни , варианта бактерии Escherichia coli , путем сокращения естественного числа 64 кодонов в бактериальном геноме до 61 кодона. (исключая два из шести кодонов, кодирующих серин, и один из трех стоп-кодонов) - 59 из которых используются для кодирования 20 аминокислот . [2] [3]

Введение [ править ]

Словарный запас см. В Глоссарии терминов по 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 целом 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. Перевод генетической информации , содержащейся в матричной РНК (мРНК) в белке , катализируемой рибосом . Трансферные РНК (тРНК) используются в качестве ключей для декодирования мРНК в ее закодированныеполипептид . ТРНК распознает определенный трехнуклеотидный кодон в мРНК с комплементарной последовательностью, называемой антикодоном, на одной из ее 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-синтетазой, 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 ферментом аминотрансферазой . [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 новый кодон. В рибосоме информация в мРНК транслируется в конкретную аминокислоту, когда кодон мРНК совпадает с комплементарным антикодоном тРНК, и 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 используется 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 называются стандартными аминокислотами или, альтернативно, природными или каноническими аминокислотами, в то время как добавленные аминокислоты называются нестандартными аминокислотами (NSAA) или неприродными аминокислотами ( uAA; термин, не используемый в статьях, касающихся природных непротеиногенных аминокислот, таких как фосфосерин ) или неканонических аминокислот.

Нестандартные аминокислоты [ править ]

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 NSAA было добавлено к различным штаммам E. coli , дрожжевым клеткам или клеткам млекопитающих. [10] Из-за технических деталей (более простой химический синтез NSAA, меньше перекрестных помех и более легкая эволюция аминоацил-тРНК-синтазы), NSAA, как правило, больше стандартных аминокислот и чаще всего имеют фенилаланиновое ядро, но с большим количеством различных заместители. Они позволяют использовать широкий набор новых функций, таких как мечение (см. Рисунок), как флуоресцентный репортер ( например, дансилаланин) [11] или продуцировать трансляционные белки в E. coli с эукариотическими посттрансляционными модификациями ( например, фосфосерин, фосфотреонин и др.) 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 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 взаимодействий 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- форме. [16] Затем его добавляют в среду роста клетки. [10] Библиотека соединений обычно тестируется на предмет включения новой аминокислоты, но это не всегда необходимо, например, различные транспортные системы могут работать с неприродными аминокислотами с неполярными боковыми цепями. Во втором случае необходимо спроектировать путь биосинтеза, например, штамм E. coli, который биосинтезирует новую аминокислоту (п-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]

Назначение кодонов [ править ]

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, у E. coli (и всех организмов) использование кодонов не одинаково, но представлено несколько редких кодонов (см. Таблицу), самым редким из которых является стоп-кодон янтарного цвета (UAG).

Использование кодонов в E. coli [20]
КодонАминокислотаИзбыток (%)
UUUPhe (F)1.9
UUCPhe (F)1,8
UUAЛей (L)1.0
UUGЛей (L)1.1
CUUЛей (L)1.0
CUCЛей (L)0,9
CUAЛей (L)0,3
CUGЛей (L)5.2
AUUИль (I)2,7
AUCИль (I)2,7
AUAИль (I)0,4
AUGВстреча (M)2,6
ГУВал (В)2.0
GUCВал (В)1.4
GUAВал (В)1.2
GUGВал (В)2,4
УКУСер (S)1.1
UCCСер (S)1.0
УЦАСер (S)0,7
UCGСер (S)0,8
CCUPro (P)0,7
CCCPro (P)0,4
CCAPro (P)0,8
CCGPro (P)2,4
ACUThr (T)1.2
АККThr (T)2,4
ACAThr (T)0,1
АЧГThr (T)1.3
GCUАла (А)1,8
GCCАла (А)2.3
GCAАла (А)0,1
GCGАла (А)3.2
UAUТюр (Y)1.6
ОАКТюр (Y)1.4
UAAОстанавливаться0,2
UAGОстанавливаться0,03
CAUЕго (H)1.2
САСЕго (H)1.1
CAAGln (Q)1.3
CAGGln (Q)2,9
AAUAsn (N)1.6
AACAsn (N)2,6
AAGЛис (К)3.8
AAAЛис (К)1.2
ГАУАсп (D)3.3
GACАсп (D)2.3
GAAКлей)4.4
GAGКлей)1.9
UGUЦис (С)0,4
UGCЦис (С)0,6
UGAОстанавливаться0,1
UGGTrp (Вт)1.4
CGUАрг (R)2,4
CGCАрг (R)2.2
CGAАрг (R)0,3
CGGАрг (R)0,5
AGUСер (S)0,7
AGCСер (S)1.5
AGAСер (S)0,2
AGGСер (S)0,2
ГГУГли (G)2,8
GGCГли (G)3.0
GGCГли (G)0,7
GGAГли (G)0,9

Подавление янтарного кодона [ править ]

Возможность переназначения кодонов была реализована Normanly et al. в 1990 г., когда жизнеспособный мутантный штамм E. coli прочитал стоп-кодон UAG («янтарь») . [21] Это стало возможным благодаря редкости этого кодона и тому факту, что только фактор высвобождения 1 заставляет янтарный кодон прекращать трансляцию. Позже, в лаборатории Шульца , tRNATyr / тирозил-тРНК синтетаза (TyrRS) из Methanococcus jannaschii , архебактерии, [6] была использована для введения тирозина вместо STOP, стандартного значения 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 ортологональную пару тРНК / синтаза, чтобы использовать нестандартную аминокислоту O -метилтирозин. [23] За этим последовали более крупный нафтилаланин [24] и фото-сшивающий бензоилфенилаланин [25], которые доказали потенциальную полезность системы.

Янтарный кодон является наименее используемым кодоном у Escherichia coli , но его захват приводит к существенной потере приспособленности. Одно исследование фактически показало, что было по крайней мере 83 пептида, на которые в основном 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. В большинстве штаммов E. coli K-12 (например, Escherichia coli (молекулярная биология) для родословных штаммов) имеется 314 стоп-кодонов UAG. Следовательно, на их замену ушло колоссальное количество работы. Один подход, впервые предложенный группой профессора Джорджа Черчаиз Гарварда, был назван MAGE in CAGE: это основывалось на мультиплексной трансформации и последующей рекомбинации штаммов для удаления всех кодонов UAG - последняя часть представляла собой точку остановки в первой статье [27], но была преодолена. В результате был получен штамм E. coli 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 изменение смыслового кодона [ править ]

В дополнение к янтарному кодону для использования также рассматривались редкие смысловые кодоны. Кодон AGG кодирует аргинин, но штамм был успешно модифицирован для кодирования 6- N- аллилоксикарбонил-лизина. [30] Другим кандидатом является кодон AUA, который необычен тем, что его соответствующая тРНК должна дифференцироваться от AUG, который кодирует метионин (изначально изолейцин, отсюда его местоположение). Для этого в тРНК AUA есть специальное основание - лизидин. Удаление синтазы ( tilS ) 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 [ править ]

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 (САК), которые перекрестно связываются друг с другом посредством циклоприсоединения по Хьюисгену . [33]

пара тРНК / синтетаза [ править ]

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. Селекция включает несколько раундов двухэтапного процесса, когда плазмиду переносят в клетки, экспрессирующие хлорамфениколацетилтрансферазу с преждевременным янтарным кодоном. 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 первое,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] Помимо перекодирования тРНК в другой кодон, они могут быть мутированы для распознавания четырехосновного кодона, что позволяет использовать дополнительные варианты свободного кодирования. [34] Неприродная аминокислота, в результате, привносит различные физико-химические и биологические свойства для использования в качестве инструмента для исследования структуры и функции белка или для создания нового или улучшенного белка 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 [ править ]

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
тРНК Tyr -TyrRSMethanococcus jannaschiiдаНетНет
тРНК Lys –LysRSPyrococcus horikoshiiдаНетНет[35]
тРНК Glu –GluRSPyrococcus horikoshiiдаНетНет[36]
тРНК Leu -LeuRSтРНК: мутант Halobacterium sp.
RS: Methanobacterium thermoautotrophicum		даНетНет[37]
тРНК Янтарь -PylRSMethanosarcina barkeri и Methanosarcina mazeiдадада[38]
тРНК Янтарь - 3-йодтирозил- RSRS: вариант Methanocaldococcus jannaschii aaRSдаНетНет[39]
тРНК Tyr / Amber -TyrRSкишечная палочкаНетдаНетСообщено в 2003 г. [40] упомянуто в 2014 г. LeuRS [41]
тРНК я Met -GlnRSтРНК: человеческий
RS: Escherichia coli		НетдаНетПерешел на янтарный кодон. [42]
tRNA i fMet -TyrRSтРНК: Escherichia coli
RS: S. cerevisiae		дадаНетПерешел на янтарный кодон. [42]
тРНК Leu / Amber -LeuRSкишечная палочкаНетдадаОб этом сообщалось в 2004 году и мутировало в отношении 2-аминооктановой кислоты, о -метилтирозина и о- нитробензилцистеина. [41] В дрожжах образовался 4,5-диметокси-2-нитробензилсерин, [43] протестирован на мышах с использованием светочувствительного 4,5-диметокси-2-нитробензилцистеина. [44]
тРНК Tyr -TyrRSBacillus stearothermophilusНетНетда[9]
тРНК Trp -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 [ править ]

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 [ править ]

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 распознавания мРНК, последовательности Шайна-Дальгарно и соответствующей последовательности распознавания в рРНК 16S рибосом, так называемой последовательности 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.

Ribo-X [ править ]

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 связала фактор высвобождения RF1 менее сильно, 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).

Ribo-Q [ править ]

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 возрастает с 64 до 256. Даже с учетом множества стоп-кодонов потенциально таким образом можно кодировать более 200 различных аминокислот.

Сшивание рибосом [ править ]

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, следовательно, находятся в постоянной близости, они предпочтительно связываются друг с другом, а не с другими свободно плавающими рибосомными субъединицами.

Инженерный центр пептидилтрансферазы [ править ]

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 A- и P-сайтах рибосоммутировали в гуанидин. Это приводит к рибосомам, которые не принимают природные тРНК в качестве субстратов, и к тРНК, которые не могут использоваться в качестве субстратов природными рибосомами.
Чтобы использовать такие тРНК эффективно, они должны быть аминоацилированы специфическими ортогональными aaRS. Большинство встречающихся в природе aaRS распознают 3'-конец своей соответствующей тРНК. [51] [52] aaRS для этих 3'-мутированных тРНК пока недоступны. До сих пор было показано, что эта система работает только в условиях трансляции in vitro, когда аминоацилирование ортогональной тРНК достигалось с использованием так называемых «флексизимов». Флексизимы - это рибозимы с активностью аминоаклилирования тРНК. [53]

Приложения [ править ]

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 одного и того же типа, такие как тиоловая группа цистеина 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: используя аминокислоты с немного другим размером, такие как O- метилтирозин или дансилаланин, вместо тирозина, и вставляя генетически закодированные репортерные части (изменяющие цвет и / или спин-активные) в выбранные сайты белка, химическая информация о структуре и функции белка можно измерить.
  • Исследование роли посттрансляционных модификаций в структуре и функции белка: используя аминокислоты, имитирующие посттрансляционные модификации, такие как фосфосерин, можно получить биологически активный белок, а сайт-специфический характер включения аминокислоты может привести к информации от того, как положение, плотность и распределение фосфорилирования белка влияют на функцию белка. [55] [56] [57] [58]
  • Выявление 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 : заменяя стратегически выбранные тирозины п- нитрофенилаланином, переносимый собственный белок можно сделать иммуногенным. [59]
  • Избирательное разрушение выбранных клеточных компонентов: используя расширенный генетический код, неестественные разрушительные химические фрагменты (иногда называемые «химическими боеголовками») могут быть включены в белки, нацеленные на определенные клеточные компоненты. [60]
  • Производство лучшего белка: эволюция бактериофагов Т7 на неэволюционирующем штамме E. coli, который кодирует 3-йодтирозин на янтарном кодоне, привела к тому, что популяция была более приспособленной, чем дикий тип, благодаря присутствию йодтирозина в его протеоме [61]

Будущее [ править ]

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 [ править ]

Один из способов кодирования множества неприродных аминокислот - синтез переписанного генома. [62] В 2010 году ценой в 40 миллионов долларов был построен организм Mycoplasma labratorium , управляемый синтетическим, но не перекодированным геномом. [63] В 2019 году была создана кишечная палочка Syn61 с перекодированным геномом с 4 мегабазами, состоящим только из 61 кодона вместо естественных 64. [3] [2] В дополнение к исключению использования редких кодонов, специфичность система должна быть увеличена, так как многие тРНК распознают несколько кодонов [62]

Расширенный генетический алфавит [ править ]

Основная статья: Неестественная пара оснований

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

Неестественная пара оснований (UBP) - это разработанная субъединица (или нуклеиновое основание ) ДНК, которая создается в лаборатории и не встречается в природе. Демонстрация UBP была проведена in vitro группой Ичиро Хирао в институте RIKEN в Японии. В 2002 году они разработали неестественную пару оснований между 2-амино-8- (2-тиенил) пурином (ами) и пиридин-2-оном (y), которая функционирует in vitro в транскрипции и трансляции для сайт-специфического включения не -стандартные аминокислоты 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 отбора in vitro (SELEX) и продемонстрировали, 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 Исследовательского института Скриппса в Сан-Диего, Калифорния, опубликовала, что его команда разработала неестественную пару оснований (UBP). [69] Два новых искусственных нуклеотида или пара неестественных оснований (UBP) были названы « d5SICS » и « dNaM ». С технической точки зрения , эти искусственные нуклеотиды, несущие гидрофобные азотистые основания , содержат два слитых ароматических 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 TA и CG, вместе с наиболее эффективной лабораторией UBP, созданной Ромесбергом, и вставили ее в клетки общей бактерия E. coli, которая успешно реплицировала 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 за счет добавления поддерживающего гена водорослей, который экспрессирует нуклеотидтрифосфат.транспортер, который эффективно импортирует трифосфаты как d5SICSTP, так и dNaMTP в бактерии E. coli . [70] Затем естественные пути репликации бактерий используют их для точной репликации плазмиды, содержащей d5SICS-dNaM.

Успешное включение третьей пары оснований в живой микроорганизм является значительным прорывом в достижении цели значительного увеличения числа аминокислот, которые могут кодироваться ДНК, тем самым расширяя возможности живых организмов производить новые 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 они успешно ввели два новых искусственных нуклеотида в бактериальную ДНК и, включив отдельные искусственные нуклеотиды в культуральную среду, смогли пройти через бактерии 24 раза; они не создали мРНК или белки, способные использовать искусственные нуклеотиды. [70] [75] [76] [77]

Связанные методы [ править ]

Метод селективного включения под давлением (SPI) для производства аллопротеинов [ править ]

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

Эти исследования основаны на естественной беспорядочной активности в аминоациле - тРНК - синтетазы , чтобы добавить к своей цели тРНК неестественных аминокислоты (т.е. аналог) похожи на природный субстрат, например спутать изолейцин метионильных-тРНК - синтазов для метионина. [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 разным причинам). [80] Другим примером является то, что фото лейцин и фотометионин добавляются вместо лейцина и метионина для перекрестной метки белка. [81]Кроме того , некоторые теллуры-толерантные грибы могут включать tellurocysteine и telluromethionine 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 протеома были предприняты в E. coli [83] и B. subtilis . [84] Полная замена триптофана тиенопирролаланином в ответ на 20899 кодонов UGG в E. coli.сообщалось в 2015 году Будиса и Солл . [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] Этот подход позволяет избежать ловушек методов, основанных на подавлении [89], и превосходит его с точки зрения эффективности, воспроизводимости и чрезвычайно простой экспериментальной установки. [90] Многочисленные исследования продемонстрировали, как глобальная замена канонических аминокислот различными изостерическими аналогами вызывала минимальные структурные нарушения, но драматические изменения в термодинамике, [91] сворачивании, [92] агрегации[93] спектральные свойства [94] [95] и ферментативная активность. [96]

синтез in vitro [ править ]

Основная статья: отображение мРНК

Описанное выше расширение генетического кода происходит in vivo . Альтернативой является изменение кодирования в экспериментах по трансляции in vitro . Это требует истощения всех тРНК и избирательного повторного введения определенных аминоацилированных тРНК, некоторые из которых химически аминоацилированы. [97]

Химический синтез [ править ]

Основная статья: Синтез пептидов

Существует несколько методов химического производства пептидов , обычно это химия твердофазной защиты. Это означает, что любая (защищенная) аминокислота может быть добавлена ​​в возникающую последовательность.

В ноябре 2017 года команда из Исследовательского института Скриппса сообщила, что построила полусинтетический геном бактерий E. coli с использованием шести различных нуклеиновых кислот (против четырех, встречающихся в природе). Две лишние «буквы» образуют третью, неестественную пару оснований. Полученные в результате 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 первое сообщение о транскрипции и трансляции белков с использованием неестественной пары оснований.

См. Также [ править ]

  • Биоинженерия
  • Направленная эволюция
  • ДНК Хатимодзи
  • Список генетических кодов
  • Аналог нуклеиновой кислоты
  • Непротеиногенные аминокислоты
  • Маркировка белков
  • Белковые методы
  • Синтетическая биология
  • Ксенобиология

Ссылки [ править ]

  1. ↑ Xie J, Schultz PG (декабрь 2005 г.). «Добавление аминокислот в генетический репертуар». Текущее мнение в химической биологии . 9 (6): 548–54. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2005.10.011 . PMID  16260173 .
  2. ^ a b Zimmer C (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 . Дата обращения 16 мая 2019 .
  3. ^ a b 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 : 2019Natur.569..514F . DOI : 10.1038 / s41586-019-1192-5 . PMC 7039709 . PMID 31092918 .  
  4. ^ Кубышкин В, Асеведо-Роча CG, Budisa N (февраль 2018). «Об универсальных кодирующих событиях в биогенезе белков» . Биосистемы . 164 : 16–25. DOI : 10.1016 / j.biosystems.2017.10.004 . PMID 29030023 . 
  5. ^ Кубышкин В, Budisa Н (август 2017 г.). «Синтетическое отчуждение микробных организмов с помощью инженерии генного кода: почему и как?». Биотехнологический журнал . 12 (8): 1600097. DOI : 10.1002 / biot.201600097 . PMID 28671771 . 
  6. ^ a b c d e 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 . DOI : 10.1126 / science.1060077 . PMID 11313494 . S2CID 6702011 .  
  7. ^ a b Альбертс Б., Джонсон А., Льюис Дж, Рафф М., Робертс К., Уолтер П. (2008). Молекулярная биология клетки (5-е изд.). Нью-Йорк: Наука Гарланд. ISBN 978-0-8153-4105-5.
  8. ^ Вёзе CR, Olsen GJ, Ibba M, Söll D (март 2000). «Аминоацил-тРНК синтетазы, генетический код и эволюционный процесс» . Обзоры микробиологии и молекулярной биологии . 64 (1): 202–36. DOI : 10.1128 / mmbr.64.1.202-236.2000 . PMC 98992 . PMID 10704480 .  
  9. ^ a b Сакамото К., Хаяси А., Сакамото А., Кига Д., Накаяма Н., Сома А. и др. (Ноябрь 2002 г.). «Сайт-специфическое включение неприродной аминокислоты в белки в клетках млекопитающих» . Исследования нуклеиновых кислот . 30 (21): 4692–9. DOI : 10.1093 / NAR / gkf589 . PMC 135798 . PMID 12409460 .  
  10. ^ a b c Лю CC, Schultz PG (2010). «Добавление нового химического состава в генетический код». Ежегодный обзор биохимии . 79 : 413–44. DOI : 10.1146 / annurev.biochem.052308.105824 . PMID 20307192 . 
  11. ^ Summerer D, S Chen, Wu N, Дейтерс A, Chin JW, Schultz PG (июнь 2006). «Генетически кодируемая флуоресцентная аминокислота» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 103 (26): 9785–9. Bibcode : 2006PNAS..103.9785S . DOI : 10.1073 / pnas.0603965103 . PMC 1502531 . PMID 16785423 .  
  12. ^ a b Штейнфельд Дж. Б., Аэрни Х. Р., Рогулина С., Лю Ю., Райнхарт Дж. (май 2014 г.). «Расширенные клеточные пулы аминокислот, содержащие фосфосерин, фосфотреонин и фосфотирозин» . ACS Химическая биология . 9 (5): 1104–12. DOI : 10.1021 / cb5000532 . PMC 4027946 . PMID 24646179 .  
  13. Перейти ↑ Wang L, Xie J, Schultz PG (2006). «Расширение генетического кода». Ежегодный обзор биофизики и структуры биомолекул . 35 : 225–49. DOI : 10.1146 / annurev.biophys.35.101105.121507 . PMID 16689635 . 
  14. Перейти ↑ Young TS, Schultz PG (апрель 2010 г.). «За пределами канонических 20 аминокислот: расширение генетического лексикона» . Журнал биологической химии . 285 (15): 11039–44. DOI : 10.1074 / jbc.R109.091306 . PMC 2856976 . PMID 20147747 .  
  15. ^ а б "Лаборатория Питера Г. Шульца" . Schultz.scripps.edu . Проверено 5 мая 2015 .
  16. ^ Cardillo G, Gentilucci L, Tolomelli A (март 2006). «Необычные аминокислоты: синтез и введение в пептиды природного происхождения и биологически активные аналоги». Миниобзоры по медицинской химии . 6 (3): 293–304. DOI : 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 . Проверено 5 мая 2015 .
  19. ^ Кунин Е.В., Новожилов А.С. (февраль 2009). «Происхождение и эволюция генетического кода: универсальная загадка» . IUBMB Life . 61 (2): 99–111. arXiv : 0807.4749 . DOI : 10.1002 / iub.146 . PMC 3293468 . PMID 19117371 .  
  20. Перейти ↑ Maloy SR, Valley Joseph Stewart VJ, Taylor RK (1996). Генетический анализ патогенных бактерий: лабораторное пособие . Нью-Йорк: Лаборатория Колд-Спринг-Харбор. ISBN 978-0-87969-453-1.
  21. ^ Normanly J, Kleina LG, Массон JM, Абельсон J, Miller JH (июнь 1990). «Конструирование генов тРНК-супрессоров янтаря Escherichia coli. III. Определение специфичности тРНК». Журнал молекулярной биологии . 213 (4): 719–26. DOI : 10.1016 / S0022-2836 (05) 80258-X . PMID 2141650 . 
  22. ^ Ван L, Magliery TJ, Лю DR, Schultz PG (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. DOI : 10.1021 / ja000595y .
  23. ^ Ван L, Брок A, B Herberich, Schultz PG (апрель 2001). «Расширение генетического кода Escherichia coli». Наука . 292 (5516): 498–500. Bibcode : 2001Sci ... 292..498W . DOI : 10.1126 / science.1060077 . PMID 11313494 . S2CID 6702011 .  
  24. Перейти ↑ Wang L, Brock A, Schultz PG (март 2002 г.). «Добавление L-3- (2-нафтил) аланина к генетическому коду E. coli». Журнал Американского химического общества . 124 (9): 1836–7. DOI : 10.1021 / ja012307j . PMID 11866580 . 
  25. ^ Chin JW, Мартин AB, король DS, Ван L, Schultz PG (август 2002). «Добавление фотосшивающей аминокислоты к генетическому коду Escherichiacoli» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 99 (17): 11020–4. Bibcode : 2002PNAS ... 9911020C . DOI : 10.1073 / pnas.172226299 . PMC 123203 . PMID 12154230 .  
  26. ^ Aerni HR, Шифман М.А., Рогулина S, О'Донохья Р, J Райнхарт (январь 2015). «Выявление аминокислотного состава белков в рамках расширенного генетического кода» . Исследования нуклеиновых кислот . 43 (2): e8. DOI : 10.1093 / NAR / gku1087 . PMC 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 : 2011Sci ... 333..348I . DOI : 10.1126 / science.1205822 . PMC 5472332 . PMID 21764749 .  
  28. ^ Lajoie MJ, Rovner AJ, Goodman DB, Aerni HR, Хаймович А.Д., Кузнецов G и др. (Октябрь 2013). «Геномно перекодированные организмы расширяют биологические функции» . Наука . 342 (6156): 357–60. Bibcode : 2013Sci ... 342..357L . DOI : 10.1126 / science.1241459 . PMC 4924538 . PMID 24136966 .  
  29. ^ Mandell DJ, Lajoie MJ, Mee MT, Takeuchi R, Kuznetsov G, Norville JE и др. (Февраль 2015 г.). «Биосдерживание генетически модифицированных организмов с помощью синтетического белкового дизайна» . Природа . 518 (7537): 55–60. Bibcode : 2015Natur.518 ... 55М . DOI : 10,1038 / природа14121 . PMC 4422498 . PMID 25607366 .  
  30. ↑ Zeng Y, Wang W, Liu WR (август 2014 г.). «К переназначению редкого кодона AGG в Escherichia coli» . ChemBioChem . 15 (12): 1750–4. DOI : 10.1002 / cbic.201400075 . PMC 4167342 . PMID 25044341 .  
  31. ^ Бёлька N, N Budisa (февраль 2014). «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. DOI : 10.1111 / 1574-6968.12371 . PMC 4237120 . PMID 24433543 .  
  32. ^ Hoesl MG, Budisa N (октябрь 2012). «Последние достижения в области инженерии генного кода в Escherichia coli» . Текущее мнение в области биотехнологии . 23 (5): 751–7. DOI : 10.1016 / j.copbio.2011.12.027 . PMID 22237016 . 
  33. ↑ a b Neumann H, Wang K, Davis L, Garcia-Alai M, Chin JW (март 2010 г.). «Кодирование множества неестественных аминокислот посредством эволюции рибосомы, декодирующей квадруплет» (PDF) . Природа . 464 (7287): 441–4. Bibcode : 2010Natur.464..441N . DOI : 10,1038 / природа08817 . PMID 20154731 . S2CID 4390989 .   
  34. ^ Watanabe T, Muranaka N, Hohsaka T (март 2008). «Четырехосновный кодон-опосредованный насыщающий мутагенез в бесклеточной системе трансляции». Журнал биологии и биоинженерии . 105 (3): 211–5. DOI : 10,1263 / jbb.105.211 . PMID 18397770 . 
  35. ^ Андерсон JC, Wu N, Санторо SW, Lakshman V, король DS, Schultz PG (май 2004). «Расширенный генетический код с функциональным квадруплетным кодоном» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (20): 7566–71. Bibcode : 2004PNAS..101.7566A . DOI : 10.1073 / pnas.0401517101 . PMC 419646 . PMID 15138302 .  
  36. ^ Санторо SW, Андерсон JC, Lakshman V, Schultz PG (декабрь 2003). «Произведенная из архебактерий глутамил-тРНК-синтетаза и пара тРНК для мутагенеза белков из неприродных аминокислот в Escherichia coli» . Исследования нуклеиновых кислот . 31 (23): 6700–9. DOI : 10.1093 / NAR / gkg903 . PMC 290271 . PMID 14627803 .  
  37. ^ Андерсон JC, Шульц П. (август 2003). «Адаптация ортогональной архейной пары лейцил-тРНК и синтетазы для подавления четырех оснований, янтаря и опала». Биохимия . 42 (32): 9598–608. DOI : 10.1021 / bi034550w . PMID 12911301 . 
  38. ^ Hancock SM, Uprety R, Дейтерс A, Chin JW (октябрь 2010). «Расширение генетического кода дрожжей для включения различных неприродных аминокислот через пару пирролизил-тРНК синтетаза / тРНК» . Журнал Американского химического общества . 132 (42): 14819–24. DOI : 10.1021 / ja104609m . PMC 2956376 . PMID 20925334 .  
  39. ^ Minaba M, Kato Y (март 2014). «Высокоэффективная экспрессионная система с нулевой утечкой и переключателем трансляции с использованием сайт-специфичного включения неестественных аминокислот» . Прикладная и экологическая микробиология . 80 (5): 1718–25. DOI : 10,1128 / AEM.03417-13 . PMC 3957627 . PMID 24375139 .  
  40. ^ Chin JW, Cropp Т.А., Андерсон JC, Mukherji M, Zhang Z, Schultz PG (август 2003). «Расширенный генетический код эукариот». Наука . 301 (5635): 964–7. Bibcode : 2003Sci ... 301..964C . DOI : 10.1126 / science.1084772 . PMID 12920298 . S2CID 2376187 .  
  41. ^ a b Wu N, Deiters A, Cropp TA, King D, Schultz PG (ноябрь 2004 г.). «Генетически кодируемая аминокислота с фотоклеткой». Журнал Американского химического общества . 126 (44): 14306–7. DOI : 10.1021 / ja040175z . PMID 15521721 . 
  42. ^ a b Коваль А.К., Корер С., Радж Бхандари УЛ (февраль 2001 г.). «Двадцать первая пара тРНК аминоацил-тРНК синтетазы-супрессора 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 . DOI : 10.1073 / pnas.031488298 . PMC 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. DOI : 10.1038 / nchembio.2007.44 . PMID 17965709 . 
  44. ^ Кан JY, Кавагути D монет I, Сян Z, О'Лири DD, Slesinger PA, Wang L (октябрь 2013 года). «Экспрессия in vivo светоактивируемого калиевого канала с использованием неприродных аминокислот» . Нейрон . 80 (2): 358–70. DOI : 10.1016 / j.neuron.2013.08.016 . PMC 3815458 . PMID 24139041 .  
  45. ^ Zhang Z, Alfonta L, F Tian, Bursulaya B, Uryu S, король DS, Schultz PG (июнь 2004). «Селективное включение 5-гидрокситриптофана в белки в клетках млекопитающих» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 101 (24): 8882–7. Bibcode : 2004PNAS..101.8882Z . DOI : 10.1073 / pnas.0307029101 . PMC 428441 . PMID 15187228 .  
  46. ↑ Han S, Yang A, Lee S, Lee HW, Park CB, Park HS (февраль 2017 г.). «Расширение генетического кода Mus musculus» . Nature Communications . 8 : 14568. Bibcode : 2017NatCo ... 814568H . DOI : 10.1038 / ncomms14568 . PMC 5321798 . PMID 28220771 .  
  47. Перейти ↑ Rackham O, Chin JW (август 2005 г.). «Сеть ортогональных пар рибосома х мРНК». Природа Химическая биология . 1 (3): 159–66. DOI : 10,1038 / nchembio719 . PMID 16408021 . S2CID 37181098 .  
  48. Перейти ↑ Wang K, Neumann H, Peak-Chew SY, Chin JW (июль 2007 г.). «Развитые ортогональные рибосомы повышают эффективность расширения синтетического генетического кода» (PDF) . Природа Биотехнологии . 25 (7): 770–7. DOI : 10.1038 / nbt1314 . PMID 17592474 . S2CID 19683574 .   
  49. ^ Fried SD, Шмид WH, Uttamapinant C, Chin JW (октябрь 2015). "Сшивание субъединиц рибосомы для ортогональной трансляции в E. coli" . Angewandte Chemie . 54 (43): 12791–4. DOI : 10.1002 / anie.201506311 . PMC 4678508 . PMID 26465656 .  
  50. ^ Terasaka N, Hayashi G, Т Като, Suga Н (июль 2014). «Ортогональная пара рибосома-тРНК посредством конструирования центра пептидилтрансферазы». Природа Химическая биология . 10 (7): 555–7. DOI : 10.1038 / nchembio.1549 . PMID 24907900 . 
  51. ^ Cavarelli Дж, Морас D (январь 1993 г.). «Распознавание тРНК аминоацил-тРНК синтетаз». Журнал FASEB . 7 (1): 79–86. DOI : 10.1096 / fasebj.7.1.8422978 . PMID 8422978 . S2CID 46222849 .  
  52. Перейти ↑ Schimmel PR, Söll D (1979). «Аминоацил-тРНК синтетазы: общие особенности и распознавание транспортных РНК». Ежегодный обзор биохимии . 48 : 601–48. DOI : 10.1146 / annurev.bi.48.070179.003125 . PMID 382994 . 
  53. ^ Ohuchi M, Мураками H, Suga H (октябрь 2007). «Система flexizyme: очень гибкий инструмент аминоацилирования тРНК для аппарата трансляции». Текущее мнение в химической биологии . 11 (5): 537–42. DOI : 10.1016 / j.cbpa.2007.08.011 . PMID 17884697 . 
  54. Перейти ↑ Wang Q, Parrish AR, Wang L (март 2009 г.). «Расширение генетического кода для биологических исследований» . Химия и биология . 16 (3): 323–36. DOI : 10.1016 / j.chembiol.2009.03.001 . PMC 2696486 . PMID 19318213 .  
  55. ↑ Park HS, Hohn MJ, Umehara T, Guo LT, Osborne EM, Benner J и др. (Август 2011 г.). «Расширение генетического кода Escherichia coli фосфосерином» . Наука . 333 (6046): 1151–4. Bibcode : 2011Sci ... 333.1151P . DOI : 10.1126 / science.1207203 . PMC 5547737 . PMID 21868676 .  
  56. ^ Oza JP, Aerni HR, Pirman NL, Barber KW, Ter Haar CM, Rogulina S и др. (Сентябрь 2015 г.). «Надежное производство рекомбинантных фосфопротеинов с использованием бесклеточного синтеза белка» . Nature Communications . 6 : 8168. Bibcode : 2015NatCo ... 6.8168O . DOI : 10.1038 / ncomms9168 . PMC 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 : 2015NatCo ... 6.8130P . DOI : 10.1038 / ncomms9130 . PMC 4566969 . PMID 26350500 .  
  58. ^ Rogerson DT, Sachdeva A, Wang K, Haq T, Kazlauskaite A, Hancock SM, et al. (Июль 2015 г.). «Эффективное генетическое кодирование фосфосерина и его негидролизуемого аналога» . Природа Химическая биология . 11 (7): 496–503. DOI : 10.1038 / nchembio.1823 . PMC 4830402 . PMID 26030730 .  
  59. ^ Gauba В, Грюневальд Дж, Gorney В, Deaton Л. М., Кан М, Bursulaya В, 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 : 2011PNAS..10812821G . DOI : 10.1073 / pnas.1110042108 . PMC 3150954 . PMID 21768354 .  
  60. ^ Лю CC, Mack А.В., Брюстад Е.М., Миллс JH, Грофф D, Smider В.В., Schultz PG (июль 2009). «Эволюция белков с генетически закодированными« химическими боеголовками » » . Журнал Американского химического общества . 131 (28): 9616–7. DOI : 10.1021 / ja902985e . PMC 2745334 . PMID 19555063 .  
  61. ^ Hammerling MJ, Ellefson JW, Boutz DR, Маркотт Е.М., Ellington А.Д., Barrick JE (март 2014). «Бактериофаги используют расширенный генетический код на эволюционных путях к более высокой приспособленности» . Природа Химическая биология . 10 (3): 178–80. DOI : 10.1038 / nchembio.1450 . PMC 3932624 . PMID 24487692 .  
  62. ^ a b Кришнакумар Р., Линг Дж. (январь 2014 г.). «Экспериментальные проблемы переназначения смыслового кодона: инновационный подход к расширению генетического кода» . Письма FEBS . 588 (3): 383–8. DOI : 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, контролируемой химически синтезированным геномом» . Наука . 329 (5987): 52–6. Bibcode : 2010Sci ... 329 ... 52G . DOI : 10.1126 / science.1190719 . PMID 20488990 . 
  64. ^ Хирао I, 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. DOI : 10.1038 / nbt0202-177 . PMID 11821864 . S2CID 22055476 .  
  65. ^ Хирао I, 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. DOI : 10.1038 / nmeth915 . PMID 16929319 . S2CID 6494156 .  
  66. ^ Kimoto M, Kawai R, T Mitsui, Ёкояма S, Hirao I (февраль 2009). «Неестественная система пар оснований для эффективной ПЦР-амплификации и функционализации молекул ДНК» . Исследования нуклеиновых кислот . 37 (2): e14. DOI : 10.1093 / NAR / gkn956 . PMC 2632903 . PMID 19073696 .  
  67. ^ Yamashige R, Кимото М, Takezawa Y, Сато А, Т Мицуи, Ёкояма S, Hirao я (март 2012). «Высокоспецифичные системы неестественных пар оснований в качестве третьей пары оснований для амплификации ПЦР» . Исследования нуклеиновых кислот . 40 (6): 2793–806. DOI : 10.1093 / NAR / gkr1068 . PMC 3315302 . PMID 22121213 .  
  68. ^ Kimoto M, Yamashige R, Матсунага К Yokoyama S, Hirao I (май 2013). «Генерация высокоаффинных ДНК-аптамеров с использованием расширенного генетического алфавита». Природа Биотехнологии . 31 (5): 453–7. DOI : 10.1038 / nbt.2556 . PMID 23563318 . S2CID 23329867 .  
  69. ^ Малышев Д.А., дхами К, Quach НТ, Лавернь Т, Ordoukhanian Р, Torkamani А, Romesberg ИП (июль 2012). «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 : 2012PNAS..10912005M . DOI : 10.1073 / pnas.1205176109 . PMC 3409741 . PMID 22773812 .  
  70. ^ a b c d Малышев Д.А., Дхами К., Лавернь 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 : 2014Natur.509..385M . DOI : 10,1038 / природа13314 . PMC 4058825 . PMID 24805238 .  
  71. ↑ Callaway E (7 мая 2014 г.). «Ученые создают первый живой организм с« искусственной »ДНК» . Новости природы . Huffington Post . Дата обращения 8 мая 2014 .
  72. ^ a b Fikes BJ (8 мая 2014 г.). «Жизнь с расширенным генетическим кодом» . Сан-Диего Юнион Трибьюн . Архивировано из оригинала 9 мая 2014 года . Дата обращения 8 мая 2014 .
  73. ↑ Образец I (7 мая 2014 г.). «Первые формы жизни, передающие искусственную ДНК, созданную учеными США» . Хранитель . Дата обращения 8 мая 2014 .
  74. ↑ Pollack A (7 мая 2014 г.). «Ученые добавляют буквы к алфавиту ДНК, вселяя надежду и страх» . Нью-Йорк Таймс . Дата обращения 8 мая 2014 .
  75. ↑ Pollack A (7 мая 2014 г.). «Исследователи сообщают о прорыве в создании искусственного генетического кода» . Нью-Йорк Таймс . Проверено 7 мая 2014 года .
  76. ↑ Callaway E (7 мая 2014 г.). «Первая жизнь с« чужеродной »ДНК» . Природа . DOI : 10.1038 / nature.2014.15179 . S2CID 86967999 . Проверено 7 мая 2014 года . 
  77. ↑ Amos J (8 мая 2014 г.). «Полусинтетический жук расширяет« алфавит жизни » » . BBC News . Проверено 9 мая 2014 .
  78. ^ Коиде Н, Ёкояма S, Kawai G, Ха Ю.М., Ока Т, Kawai С, 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 . DOI : 10.1073 / pnas.85.17.6237 . PMC 281944 . PMID 3045813 .  
  79. ^ Ferla MP, Patrick WM (август 2014). «Бактериальный биосинтез метионина» . Микробиология . 160 (Pt 8): 1571–1584. DOI : 10.1099 / mic.0.077826-0 . PMID 24939187 . 
  80. ^ Doublié S (2007). «Производство селенометиониловых белков в системах экспрессии прокариот и эукариот» . Протоколы кристаллографии макромолекул . Методы молекулярной биологии. 363 . С.  91–108 . DOI : 10.1007 / 978-1-59745-209-0_5 . ISBN 978-1-58829-292-6. PMID  17272838 .
  81. ^ Суханек M, Radzikowska A, C Тиле (апрель 2005). «Фото-лейцин и фото-метионин позволяют идентифицировать белок-белковые взаимодействия в живых клетках» . Природные методы . 2 (4): 261–7. DOI : 10.1038 / NMETH752 . PMID 15782218 . 
  82. ↑ Ramadan SE, Razak AA, Ragab AM, el-Meleigy M (июнь 1989 г.). «Включение теллура в аминокислоты и белки у устойчивых к теллуру грибов». Биологические исследования микроэлементов . 20 (3): 225–32. DOI : 10.1007 / BF02917437 . PMID 2484755 . S2CID 9439946 .  
  83. ^ Bacher JM, Ellington AD (сентябрь 2001). «Отбор и характеристика вариантов Escherichia coli, способных расти на токсичном аналоге триптофана» . Журнал бактериологии . 183 (18): 5414–25. DOI : 10.1128 / jb.183.18.5414-5425.2001 . PMC 95426 . PMID 11514527 .  
  84. ↑ Wong JT (октябрь 1983 г.). «Мутация членства в генетическом коде: потеря пригодности триптофаном» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 80 (20): 6303–6. Bibcode : 1983PNAS ... 80.6303W . DOI : 10.1073 / pnas.80.20.6303 . PMC 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. DOI : 10.1002 / anie.201502868 . PMC 4782924 . PMID 26136259 .  NIHMSID: NIHMS711205
  86. ↑ Moroder L, Budisa N (апрель 2010 г.). «Синтетическая биология сворачивания белков». ХимФисХим . 11 (6): 1181–7. DOI : 10.1002 / cphc.201000035 . PMID 20391526 . 
  87. ^ Budisa N (декабрь 2004). «Пролегомены к будущим экспериментальным усилиям по инженерии генного кода за счет расширения репертуара аминокислот». Angewandte Chemie . 43 (47): 6426–63. DOI : 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. DOI : 10.1016 / j.copbio.2003.10.011 . PMID 14662389 . 
  89. ^ Неринг S, Budisa N, Wiltschi В (2012). «Анализ производительности ортогональных пар, разработанных для расширенного генетического кода эукариот» . PLOS ONE . 7 (4): e31992. Bibcode : 2012PLoSO ... 731992N . DOI : 10.1371 / journal.pone.0031992 . PMC 3320878 . PMID 22493661 .  
  90. ^ Агостини F, Völler JS, Koksch В, Асеведо-Роча CG, Кубышкин В, Budisa Н (август 2017 г.). «Биокатализ с неприродными аминокислотами: энзимология встречает ксенобиологию». Angewandte Chemie . 56 (33): 9680–9703. DOI : 10.1002 / anie.201610129 . PMID 28085996 . 
  91. ^ Рубини M, Lepthien S, Golbik R, Budisa N (июль 2006). «Аминотриптофан-содержащий барстар: компромисс между структурой и функцией в дизайне и инженерии белка с расширенным генетическим кодом». Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - Белки и протеомика . 1764 (7): 1147–58. DOI : 10.1016 / j.bbapap.2006.04.012 . PMID 16782415 . 
  92. ^ Штайнер Т, Р Гесс, Баэ JH, Wiltschi В, Мородер л, Budisa N (февраль 2008 г.). «Синтетическая биология белков: настройка укладки и стабильности GFP с помощью фторпролина» . PLOS ONE . 3 (2): e1680. Bibcode : 2008PLoSO ... 3.1680S . DOI : 10.1371 / journal.pone.0001680 . PMC 2243022 . PMID 18301757 .  
  93. ^ Wolschner С, Гис А, Kretzschmar HA, Huber R, Мородер л, Budisa Н (май 2009 г.). «Дизайн 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 . DOI : 10.1073 / pnas.0902688106 . PMC 2674404 . PMID 19416900 .  
  94. ^ Lepthien S, Hoesl MG, Merkel L, Budisa N (октябрь 2008). «Азатриптофаны наделяют белки собственной синей флуоресценцией» . Труды Национальной академии наук Соединенных Штатов Америки . 105 (42): 16095–100. Bibcode : 2008PNAS..10516095L . DOI : 10.1073 / pnas.0802804105 . PMC 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. DOI : 10.1016 / s0022-2836 (03) 00364-4 . PMID 12729742 . 
  96. ^ Hoesl М.Г., Асеведо-Роча CG, Неринг S, Ройтер М, Wolschner С, Wiltschi В, Budisa N, Андраникян G (2011). «Конгенеры липазы, разработанные инженерией генетического кода». ChemCatChem . 3 (1): 213–221. DOI : 10.1002 / cctc.201000253 . ISSN 1867-3880 . S2CID 86352672 .  
  97. ^ Hong SH, Kwon YC, Джьюетт MC (2014). «Включение нестандартных аминокислот в белки с использованием внеклеточного синтеза белка Escherichia coli» . Границы химии . 2 : 34. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 34H . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00034 . PMC 4050362 . PMID 24959531 .  
  98. ^ «Неестественный» микроб может производить белки . BBC News . 29 ноября 2017.
  99. ^ a b 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 : 2017Natur.551..644Z . DOI : 10.1038 / nature24659 . PMC 5796663 . PMID 29189780 .  
  100. ^ Howgego J (февраль 2014). «О чужих нуклеотидах» . Мир химии .
  101. ^ Ли Л., Дегардин М., Лавернь Т., Малышев Д.А., Дхами К., Ордуханян П., Ромесберг Ф.Е. (январь 2014 г.). «Подобное естественному воспроизводству неестественной пары оснований для расширения генетического алфавита и биотехнологических приложений» . Журнал Американского химического общества . 136 (3): 826–9. DOI : 10.1021 / ja408814g . PMC 3979842 . PMID 24152106 .