半合成細菌は、人工遺伝暗号を解読するように教えられました

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ビデオ: 高校生物【第31回 遺伝暗号の解読】オンラインで高校授業 2022, 12月
半合成細菌は、人工遺伝暗号を解読するように教えられました
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Anonim
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緑色蛍光タンパク質を合成する細菌

科学者は、DNAの人工的な3番目の塩基のペアを使用してアミノ酸をコード化することができ、それによって自然の遺伝暗号を拡張しました。以前、同じ研究グループが3番目のX-Y塩基対を細菌のDNAに挿入し、最初の半合成生物を作成しました。 Natureに掲載された新作では、バクテリアは人工DNAを複製するだけでなく、そこにコード化された情報をタンパク質の形で実装することも教えられました。

拡張された遺伝子アルファベットを使用したE.coliの実験は、カリフォルニアのScripps ResearchInstituteのFloydRomesbergが率いるグループによって実施されています。私たちのメモでは、ローマスバーグの研究室の科学者が、「天然の」A-TおよびG-Cヌクレオチドペアに加えて、余分なX-Yペアを含むDNAを安定して複製(複製)できる半合成細菌をどのように作成したかを読むことができます。 Xの下には合成デオキシヌクレオシドdNaMがあり、Yの下には-dTPT3があります。バクテリアはそれ自体で追加の塩基を合成することができないので、三リン酸の形のXとYを増殖培地に加える必要があります。物質が細胞に侵入するために、科学者たちは、Phaeodactylumtricornutum藻類のゲノムから細菌ゲノムにトランスポーター遺伝子を挿入しました。

半合成DNAをコピーして世代から世代へと受け継ぐためには、余分な塩基がDNAポリメラーゼによって認識される必要があります。しかし、そのようなDNAがタンパク質をコードできるようにするためには(実際、これがDNAの主な機能です)、はるかに面倒な翻訳装置を合成分子に適合させる必要があります。新しい仕事では、科学者たちはなんとかこれを行うことができました。

遺伝情報の実装は、いくつかの段階でセル内で発生します。まず、メッセンジャーRNA(mRNA)分子がDNAから読み取られます。これは、タンパク質合成の過程でリボソームの「指示」として機能します。アミノ酸配列は、3文字のコドンの配列としてmRNAにコードされています。コドンとアミノ酸の間の対応は、mRNAのコドンに相補的なアンチコドンを含むトランスポートRNA(tRNA)によって提供されます。酵素アミノアシルtRNAシンテターゼは、tRNAへのアミノ酸の正しい付着に関与しています。目的のアミノ酸で「帯電」したtRNA分子は、後者をリボソームに送達します。リボソームでは、コドンとアンチコドンが対応しているため、アミノ酸がタンパク質鎖の適切な場所に組み込まれます。

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タンパク質合成

半合成DNAが情報をコード化する能力を実証するために、科学者たちは緑色蛍光タンパク質(GFP)遺伝子に人工塩基を導入しました。 151位のチロシン(TAC)をセリンに置き換えることが決定されましたが、AGCコドンの代わりに、AXCコドンが遺伝子に挿入されました。セリンが選択されたのは、そのアミノアシルtRNAシンテターゼが幅広い特異性を持っているためです。6つのコドンが遺伝暗号の表のこのアミノ酸に対応しています。コドン-アンチコドンの対応を確実にするために、配列GYTがセリンtRNAの遺伝子に挿入されました。 GFP遺伝子のmRNAとセリンのtRNAはバクテリオファージT7RNAポリメラーゼによって合成されました。

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上記は、人工塩基対dNaM-dTPT3(dX-dY)を示しています。この相補性は、標準的なペアdA-dTのように、水素結合ではなく、疎水性相互作用によって提供されます。以下は、緑色蛍光タンパク質(sfGFP)とセリンtRNA(serT)の遺伝子に人工塩基を含む遺伝子コンストラクトの図です。

細胞内で半合成RNAを合成するために、リボヌクレオシドリン酸NaMおよびTPT3を増殖培地に添加する必要がありました。藻類からのトランスポーターがそれらを細胞に送り込むことができ、ウイルスRNAポリメラーゼが新しい「文字」をRNAに効果的に挿入することが判明しました。セリンアミノアシルtRNAシンテターゼは、修飾されたtRNAにセリンをうまく付着させ、アミノ酸はタンパク質に組み込まれ、細胞の緑色の輝きから明らかになりました。 tRNAの変異遺伝子がない場合は、151位で合成が停止したため、発光もありませんでした。

第2段階では、科学者は別の非標準的な(つまり、最も一般的な20のアミノ酸に含まれていない)アミノ酸を人工コドンに割り当てました。この目的のために、微生物Methanosarcina barkeriからのピロリシンに対応するtRNAの遺伝子および対応するアミノアシルtRNAシンテターゼが、「実験的」大腸菌にさらに導入された。タンパク質へのピロリシンの取り込みは、主に細菌の発光によって検出されました。これは、「天然」タンパク質を含む細胞の発光のほぼ70パーセントに達しました。アミノ酸の取り込みは、精製タンパク質のピロリシン残基への蛍光色素の特異的添加によっても検出されました。

AXCコドンに加えて、研究者らはGXCコドンとそれに対応するアンチコドンGYCをテストしました。これは、ピロリシンに対してもうまく機能しました。したがって、自然の遺伝暗号を一度に2つの位置に拡張することが可能でした。

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野生型タンパク質のこの位置にあるチロシン(Y)と比較した、AXCまたはGXCコドンによってコードされる151位のタンパク質へのピロリシン(PrK)の挿入の効率。ピロリシンの代わりに、わずかな確率(1〜2パーセント)で、イソロイシン(I)やバリン(V)などの他のアミノ酸を組み込むことができます。これは、複製中はXの反対側の塩基。

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