Enzym obecny u ptaka może być kluczem do nowych terapii.

Ibis czubaty był dawniej w Azji pospolity - spotykano go nawet na rosyjskim Dalekim Wschodzie i Tajwanie. Obecnie należy do gatunków ginących, występuje już tylko w trzech prowincjach Chin oraz na wyspie Sado w Japonii.

Ibis czubaty posiada gen odpowiedzialny za wytwarzanie enzymu, który pozwala produkować sulfotyrozynę. Przy okazji analizy genomu ibisa i porównywania go z genomami innych gatunków naukowcy odkryli gen odpowiedzialny za wytwarzanie enzymu, który pozwala produkować nietypowy aminokwas - sulfotyrozynę (sTyr), zmodyfikowaną wersję standardowego aminokwasu tyrozyny. Ibis to jedyny znany gatunek naturalnie produkujący enzym potrafiący wytwarzać sTyr.

Do wytwarzania większości białek, z których zbudowane są żywe tkanki, wystarcza 20 aminokwasów. Sulfotyrozyna do nich nie należy. Nie wiadomo na razie, do czego jest ibisowi potrzebna, jednak to pewne, że może funkcjonować w żywych komórkach.

Enzym obecny u ptaka może być kluczem do nowych terapii

Nowe badanie przeprowadzone przez Han Xiao, chemiczkę z Rice University, fizyka teoretycznego Petera Wolynesa i ich współpracowników pokazuje, że sTyr może znaleźć zastosowanie w „programowaniu” żywych komórek wytwarzających białka terapeutyczne. Może potencjalnie pozwolić komórkom służyć jako czujniki monitorujące ich środowisko i reagujące na niezbędne leczenie.

Naśladowanie zdolności ibisa do syntezy sTyr i włączania go do białek wymaga modyfikacji DNA komórki za pomocą zmutowanego kodonu, który z kolei powoduje, że enzym sulfotransferaza 1C1 jest wytwarzany przez ptaka.

Badając słuszność tej koncepcji, naukowcy z Rice University po raz pierwszy uzyskali komórki ssaków, które syntetyzują sTyr. Chodzi o komórki, które wzmocniły działanie inhibitorów trombiny, antykoagulantów stosowanych w celu zapobiegania krzepnięciu krwi.

– W naturze większość białek naszego gatunku składa się z 20 kanonicznych elementów budulcowych - aminokwasów - powiedziała Xiao.

– Jeśli chcesz dodać kolejny element konstrukcyjny, musisz pomyśleć o tym, jak to zrobić. Rozwiązaliśmy ten problem: możemy poprosić komórkę, żeby to zrobiła. Ale wtedy musimy mieć maszynerię translacyjną, aby to rozpoznać. I specjalny kodon do zakodowania tego nowego bloku budulcowego. Dzięki temu badaniu spełniliśmy wszystkie trzy wymagania - dodała.

Sztuczna inteligencja przewiduje struktury białek Do tej pory naukowcy wprowadzali do komórek chemicznie zsyntetyzowane niekanoniczne aminokwasy.

– Teraz, dzięki tej nowej strategii modyfikacji białek, możemy całkowicie zmienić strukturę białka i jego funkcję – wskazała Xiao.

– W przypadku naszych modeli inhibitorów trombiny wykazaliśmy, że dodanie nienaturalnego elementu budulcowego do leku może sprawić, że lek będzie miał znacznie silniejsze działanie - dodała.

Zespół Wolynes wykorzystał AlphaFold2, program sztucznej inteligencji opracowany przez Alphabet/Google DeepMind, który przewiduje struktury białek.

Autorzy publikacji spodziewają się wykorzystać połączenie bioinformatyki i wzmocnionych obliczeniowo badań przesiewowych do stworzenia biblioteki biosyntetyzowanych niekanonicznych aminokwasów.

Potrzebujesz pomocy? Umów wizytę.