การขยายรหัสพันธุกรรมด้วยรหัสสี่เท่า
Ahmed Badran และเพื่อนร่วมงานที่ Scripps Research ได้เสริมชุดเครื่องมือชีววิทยาสังเคราะห์เพื่อปรับปรุงการตรวจสอบการขยายรหัสพันธุกรรม เครดิต: Scripps Research หนึ่งในเป้าหมายที่ทะเยอทะยานที่สุดของนักชีววิทยาสมัยใหม่คือการเรียนรู้วิธีการขยายหรือแก้ไขรหัสพันธุกรรมของสิ่งมีชีวิตบนโลก เพื่อสร้างรูปแบบชีวิตเทียมใหม่ ส่วนหนึ่งของแรงจูงใจในการวิจัย “ชีววิทยาสังเคราะห์” นี้คือการทำความเข้าใจเพิ่มเติมเกี่ยวกับวิวัฒนาการและตรรกะของชีววิทยาธรรมชาติที่เราสืบทอดมา แต่ยังมีแรงจูงใจที่ใช้งานได้จริงอีกด้วย: เซลล์สามารถใช้เป็นโรงงานที่มีประสิทธิภาพสำหรับการสร้างโมเลกุลที่มีประโยชน์มากมาย โดยเฉพาะอย่างยิ่งการบำบัดด้วยโปรตีน ซึ่งคิดเป็นสัดส่วนของยาใหม่ที่เพิ่มขึ้น เซลล์ที่ทำงานกับรหัสพันธุกรรมที่ขยายออกสามารถสร้างชุดยาที่หลากหลายมากขึ้นและสามารถทำได้ในลักษณะที่ทำให้กระบวนการโดยรวมของการพัฒนาและการผลิตง่ายขึ้นอย่างมาก การบรรลุถึงเป้าหมายอันยิ่งใหญ่ของการทำงานชีววิทยาสังเคราะห์ที่มีประโยชน์ยังคงดำเนินต่อไปอีกหลายปี แต่ในการศึกษาที่ตีพิมพ์ในวารสาร Nature Communications ในสัปดาห์นี้ นักวิทยาศาสตร์ได้เข้าใกล้ขั้นตอนสำคัญมากขึ้น โดยการพัฒนาและแสดงให้เห็นองค์ประกอบสำคัญของระบบรหัสพันธุกรรมที่ขยายออกไป Ahmed Badran, Ph.D. ผู้เขียนอาวุโสด้านการศึกษากล่าวว่า “เราได้เสริมชุดเครื่องมือชีววิทยาสังเคราะห์เพื่อปรับปรุงการตรวจสอบการขยายรหัสพันธุกรรม” ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาเคมีของ Scripps Research กล่าว รหัสพันธุกรรมตามธรรมชาติซึ่งอยู่ภายใต้สิ่งมีชีวิตบนโลกนี้ถูกใช้โดยเซลล์เพื่อแปลข้อมูลที่มีอยู่ใน DNA และ RNA ไปเป็นหน่วยการสร้างกรดอะมิโนของโปรตีน โมเลกุล DNA และ RNA เป็นโมเลกุลคล้ายลูกโซ่ที่เข้ารหัสข้อมูลโดยใช้ “ตัวอักษร” ของหน่วยการสร้างนิวคลีโอไทด์สี่ชุดหรือ “ตัวอักษร” โมเลกุลที่เรียกว่า transfer RNAs (tRNAs) ถอดรหัสข้อมูลนี้โดยจดจำตัวอักษรสามตัวในแต่ละครั้ง โดยแปล “codon” สามตัวอักษรแต่ละตัวให้เป็นหน่วยการสร้างกรดอะมิโนเดี่ยวของโปรตีน โดยหลักการแล้วระบบโคดอนแฝดสามนี้สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน 64 ชนิด (43)—แต่โดยทั่วไปแล้วสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ใช้กรดอะมิโนเพียง 20 ชนิดเท่านั้น ในทางตรงกันข้าม ระบบสี่เท่าในจินตนาการ ซึ่งมีพื้นฐานจากโคดอนสี่ตัวอักษร สามารถเข้ารหัสกรดอะมิโนที่แตกต่างกัน 256 (44) ตัว เห็นได้ชัดว่า โปรตีนเหล่านี้ส่วนใหญ่ไม่มีอยู่ในโปรตีนธรรมชาติ แม้ว่าบางชนิดอาจมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกรดอะมิโนธรรมชาติ ทำให้สามารถผลิตโปรตีนที่มีลักษณะเฉพาะที่ปรับแต่งอย่างประณีตมากขึ้น เช่น เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพและความปลอดภัยในฐานะยารักษาโรค ความท้าทายที่ยิ่งใหญ่นี้มาจากความจริงที่ว่าระบบการแปลยีนเป็นโปรตีนเป็นระบบที่ซับซ้อนซึ่งองค์ประกอบหลายอย่างต้องทำงานร่วมกันได้อย่างราบรื่น ระบบที่มีอยู่ในสิ่งมีชีวิตบนโลกน่าจะใช้เวลาหลายล้านปีในการพัฒนาจนถึงระดับความแม่นยำและประสิทธิภาพในปัจจุบัน ความพยายามก่อนหน้านี้ในการสร้างระบบใหม่ทั้งหมด รวมถึงระบบ quadruple-codon ได้แสดงให้เห็นสัญญาบางอย่างในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ในการศึกษาครั้งใหม่ Badran และทีมของเขาใช้เทคนิควิวัฒนาการ การเอาตัวรอดที่เหมาะสมที่สุด ซึ่งเรียกว่าการวิวัฒนาการโดยตรงเพื่อวิวัฒนาการชุด tRNA เล็กๆ ซึ่งโดยหลักการแล้วสามารถทำงานในระบบสี่ส่วนได้ นักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่า tRNAs สี่เท่าเหล่านี้สามารถใช้เพื่อแปลส่วนของโปรตีนภายในเซลล์แบคทีเรีย พวกเขาสามารถแปลโคดอนสี่ตัวที่เหมือนกันหกตัวหลังจากนั้น และยังสามารถแปลโคดอนสี่ตัวที่แตกต่างกันมากสี่ตัวในโปรตีนเดียวกัน—และสามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพซึ่งเป็นครั้งแรกภายในระยะที่โดดเด่นของสิ่งที่จำเป็นสำหรับสี่ส่วนเชิงหน้าที่ ระบบ. Badran เน้นย้ำว่าถึงแม้ระบบรหัสสี่ส่วนจะยังคงอยู่ในช่วงต้น ๆ ของขั้นตอนการพัฒนาวิธีการ แต่ก็ควรมีประโยชน์มากหากสามารถทำให้ใช้งานได้โดยเฉพาะอย่างยิ่งในการทำให้การสังเคราะห์โปรตีนตรงไปตรงมาด้วยกรดอะมิโน “ที่ไม่ใช่ตามรูปแบบบัญญัติ” ที่ไม่พบตามธรรมชาติในโปรตีน สามารถใช้ ncAA ดังกล่าวเพื่อให้โปรตีนมีคุณสมบัติทางชีววิทยาใหม่ รวมถึงการจัดเตรียม “ที่จับ” ที่สะดวกและปลอดภัยบนโปรตีน—สำหรับการวางการดัดแปลงทางเคมีเพื่อปรับปรุงคุณสมบัติการรักษาของโปรตีน ตัวอย่างเช่น หรือสำหรับ การแนบ “หัวรบ” ที่เป็นพิษกับยารักษามะเร็งที่เป็นเนื้องอก “ในทางทฤษฎีเราสามารถโปรแกรมลำดับของ DNA ที่จะแปลในเซลล์ที่มีชีวิตให้เป็นโปรตีนที่มีการดัดแปลงที่ซับซ้อน – การปรับเปลี่ยนที่มิฉะนั้นจะยากหรือเป็นไปไม่ได้ที่จะเพิ่ม” Badran กล่าว Badran ซึ่งเข้าร่วม Scripps Research เมื่อต้นปีนี้ ทำงานที่ Broad Institute of MIT และ Harvard ในระหว่างการศึกษา นอกจาก Badran แล้ว การศึกษาเรื่อง “การปราบปรามมัลติเพล็กซ์ของโคดอนสี่ตัวโดยใช้ tRNA กำกับการวิวัฒนาการ” ยังเขียนร่วมโดย Erika DeBenedictis และ Gavriela Carver จาก Broad Institute และ Christina Chung และ Dieter Söll จาก Yale University ข้อมูลเพิ่มเติม: Erika A. DeBenedictis et al, การปราบปราม Multiplex ของ codons สี่สี่ตัวผ่าน tRNA กำกับการวิวัฒนาการ, การสื่อสารธรรมชาติ (2021) DOI: 10.1038/s41467-021-25948-y การอ้างอิง: การขยายรหัสพันธุกรรมด้วยรหัสสี่เท่า (2021, 29 กันยายน) ดึงข้อมูลเมื่อ 30 กันยายน พ.ศ. 2564 จาก https://phys.org/news/2021-09-genetic-code-quadruplet -codons.html เอกสารนี้อยู่ภายใต้ลิขสิทธิ์ นอกเหนือจากข้อตกลงที่เป็นธรรมเพื่อการศึกษาหรือการวิจัยส่วนตัวแล้ว ห้ามทำซ้ำส่วนหนึ่งส่วนใดโดยไม่ได้รับอนุญาตเป็นลายลักษณ์อักษร เนื้อหานี้จัดทำขึ้นเพื่อวัตถุประสงค์ในการให้ข้อมูลเท่านั้น
