Genişletilmiş genetik kod - Expanded genetic code

Yeni tRNA / sentaz çifti ile mevcut tRNA / sentaz molekülleri arasında sadece ribozomlarla çapraz karışma olmamalıdır.

Bir genişletilmiş genetik kod yapay olarak değiştirilmiş genetik Kod bir veya daha fazla spesifik kodonlar kodlamak için yeniden tahsis edildi amino asit doğal olarak kodlanmış 22 yaygın proteinojenik amino asitler.[1]

Genetik kodu genişletmek için temel ön koşullar şunlardır:

  • standart olmayan amino asit kodlamak
  • benimsenmesi gereken kullanılmayan bir kodon,
  • bu kodonu tanıyan bir tRNA ve
  • yalnızca o tRNA'yı ve yalnızca standart olmayan amino asidi tanıyan bir tRNA sentetaz.

Genetik kodu genişletmek, bir araştırma alanıdır. Sentetik biyoloji, amacı canlı sistemleri yararlı amaçlar için tasarlamak olan uygulamalı bir biyolojik disiplin. Genetik kod genişlemesi, bilim için mevcut olan yararlı araçların repertuarını zenginleştirir.

Mayıs 2019'da araştırmacılar, dönüm noktası niteliğindeki bir çabayla, yeni bir sentetik (muhtemelen yapay ) formu uygulanabilir hayat, bir çeşidi bakteri Escherichia coli 64 adet doğal sayıyı azaltarak kodonlar bakteriyel olarak genetik şifre 61 kodona kadar (serin için kodlayan altı kodondan ikisini ve üç durma kodonundan birini ortadan kaldırır) - bunlardan 59'u 20'yi kodlamak için kullanılır amino asitler.[2][3]

Giriş

Kelime bilgisi için bkz. Gen ifade terimleri sözlüğü. Konuya teknik olmayan bir giriş için bkz. Genetiğe giriş.

Tüm organizmalar için genetik kodun temelde aynı olması dikkat çekicidir, bu nedenle tüm canlılar aynı 'genetik dili' kullanır.[4] Genel olarak, yeni işlevsel doğal olmayan amino asitlerin canlı hücrelerin proteinlerine eklenmesi, ideal olarak alternatif yaşam formlarına yol açan genetik dilin evrenselliğini bozar.[5] Proteinler, RNA mesajlarını bir amino asit dizisine çözen dönüşümsel sistem molekülleri sayesinde üretilir. tercüme içerdiği genetik bilginin haberci RNA (mRNA) bir proteine ​​şu şekilde katalizlenir: ribozomlar. Transfer RNA'ları (tRNA), mRNA kodlanmış haline polipeptid. TRNA, mRNA'daki belirli bir üç nükleotid kodonu bir tamamlayıcı dizi denilen antikodon döngülerinden birinde. Her üç nükleotitli kodon, doğal olarak oluşan yirmi amino asitten birine çevrilir.[6] Herhangi bir kodon için en az bir tRNA vardır ve bazen aynı amino asidi birden fazla kodon kodlar. Çoğu tRNA birkaç kodon ile uyumludur. Bir enzim adı verilen aminoasil tRNA sentetaz amino asidi uygun tRNA'ya kovalent olarak bağlar.[7] Çoğu hücre, her amino asit için farklı bir sentetaza sahiptir (20 veya daha fazla sentetaz). Öte yandan, bazı bakteriler 20'den az aminoasil tRNA sentetaza sahiptir ve yapısal olarak ilişkili bir amino asidin bir tarafından modifiye edilmesiyle "eksik" amino asit (ler) i ortaya çıkarır. aminotransferaz enzim.[8] Genetik kodun genişlemesinde yararlanılan bir özellik, aminoasil tRNA sentetazın genellikle antikodonu tanımaması, ancak tRNA'nın başka bir bölümünü tanımasıdır, yani antikodon mutasyona uğratılacaksa, o amino asidin kodlaması şu şekilde değişecektir. Ribozomda, mRNA kodonu bir tRNA'nın tamamlayıcı antikodonu ile eşleştiğinde mRNA'daki bilgi belirli bir amino aside çevrilir ve eklenen amino asit büyüyen bir polipeptit zincirine eklenir. Ribozomdan salındığında, polipeptit zinciri, işleyen bir proteine ​​katlanır.[7]

Genetik koda yeni bir amino asit eklemek için birkaç değişiklik gereklidir. Birincisi, yeni bir amino asidin başarılı bir şekilde çevrilmesi için, yeni amino asidin atandığı kodon, 20 doğal amino asitten birini zaten kodlayamıyor. Genellikle saçma bir kodon (kodonu durdur ) veya dört bazlı bir kodon kullanılır.[6] İkinci olarak, yeni bir çift tRNA ve aminoasil tRNA sentetaz gereklidir, bunlara ortogonal küme denir. Ortogonal küme, endojen tRNA ve sentetaz kümeleri ile çapraz karışmamalı, ancak yine de ribozom ve çeviri aparatının diğer bileşenleri ile işlevsel olarak uyumlu olmalıdır. Sentetazın aktif bölgesi, yalnızca yeni amino asidi kabul edecek şekilde değiştirilir. Çoğu zaman, tRNA'yı istenen amino asit ile yükleyen bir mutant sentetazlar kütüphanesi taranır. Sentetaz ayrıca sadece ortogonal tRNA'yı tanıyacak şekilde modifiye edilir.[6] TRNA sentetaz çifti genellikle diğer bakteri veya ökaryotik hücrelerde tasarlanmıştır.[9]

Bu araştırma alanında, 20 kodlanmış proteinojenik amino asit, standart amino asitler veya alternatif olarak doğal veya kanonik amino asitler olarak anılırken, eklenen amino asitler standart olmayan amino asitler (NSAA'lar) veya doğal olmayan amino asitler ( uAA'lar; proteinojenik olmayan doğal amino asitlerle ilgili makalelerde kullanılmayan terim, örneğin fosfoserin ) veya kanonik olmayan amino asitler.

Standart olmayan amino asitler

Tirozin ve protein etiketlemesi için kullanılan bazı sentetik tirozin varyantları. Farklı tirozin varyantları sentezlenmiştir ve genişletilmiş bir genetik kod kullanılarak proteinlere dahil edilebilir. Burada tasvir edilen varyantların tümü kimyasal veya fotokimyasal bağlantı için kullanılmaktadır. Bu, dahil edilen AA'nın belirli bir kimyasal grupla (hidrazitler, aminler, azitler veya tiyoller gibi) spesifik olarak reaksiyona girdiği veya diğer AA'larla çapraz bağlanmak için UV ile etkinleştirilebileceği anlamına gelir.

Sistemin ilk unsuru, belirli bir organizma türünün genetik koduna eklenen amino asittir.

71'den fazla farklı NSAA, farklı suşlara eklenmiştir. E. coli, maya veya memeli hücreleri.[10] Teknik ayrıntılar nedeniyle (NSAA'ların daha kolay kimyasal sentezi, daha az çapraz karışma ve aminoasil-tRNA sentazın daha kolay evrimi), NSAA'lar genellikle standart amino asitlerden daha büyüktür ve çoğu zaman bir fenilalanin çekirdeğine sahiptir, ancak çok çeşitli farklı ikame edicilere sahiptir. Bunlar, flüoresan muhabir olarak etiketleme (şekle bakın) gibi yeni işlevlerin geniş bir repertuarına izin verir (Örneğin. dansilalanin)[11] veya çeviri proteinleri üretmek için E. coli Ökaryotik çeviri sonrası değişikliklerle (Örneğin. fosfoserin, fosfotreonin ve fosfotirozin).[10][12]

Proteinlere dahil edilen doğal olmayan amino asitler arasında, belirli x-ışını kristalografik çalışmaları kolaylaştırmak için ağır atom içeren amino asitler; yeni sterik / paketleme ve elektronik özelliklere sahip amino asitler; in vitro veya in vivo protein-protein etkileşimlerini araştırmak için kullanılabilen foto çapraz bağlama amino asitleri; Proteinlere çok sayıda biyofiziksel prob, etiket ve yeni kimyasal fonksiyonel grupları seçici olarak eklemek için kullanılabilen keto, asetilen, azid ve boronat içeren amino asitler laboratuvar ortamında veya in vivo; elektron transferini araştırmak ve modüle etmek için redoks aktif amino asitler; biyolojik süreçleri fotoregüle etmek için foto-kafeslenmiş ve ışıkla izomerize edilebilir amino asitler; kataliz ve metal iyonu algılama için metal bağlayıcı amino asitler; protein yapısını ve dinamiklerini araştırmak için floresan veya kızıl ötesi aktif yan zincirler içeren amino asitler; α-hidroksi asitler ve Domurga konformasyonu ve hidrojen bağı etkileşimlerinin probları olarak amino asitler; ve translasyon sonrası modifikasyonların probları olarak sülfatlanmış amino asitler ve fosforile amino asitlerin mimetikleri.[13][14][15]

Standart olmayan amino asidin mevcudiyeti, organizmanın onu ortamdan ithal etmesini veya biyosentezlemesini gerektirir.İlk durumda, doğal olmayan amino asit ilk olarak optik olarak saf halde kimyasal olarak sentezlenir. L-form.[16] Daha sonra hücrenin büyüme ortamına eklenir.[10] Bir bileşik kütüphanesi genellikle yeni amino asidin dahil edilmesinde kullanılmak üzere test edilir, ancak bu her zaman gerekli değildir, örneğin çeşitli taşıma sistemleri, apolar yan zincirlerle doğal olmayan amino asitleri işleyebilir. İkinci durumda, bir biyosentetik yol gereklidir tasarlanacak, örneğin bir E. coli Bazik karbon kaynaklarından yeni bir amino asidi (p-aminofenilalanin) biyosentezleyen ve bunu genetik koduna dahil eden tür.[15][17][18] Başka bir örnek: doğal bir metabolit olan fosfoserinin üretimi ve dolayısıyla üretimini artırmak için yol akısının değiştirilmesini gerektirdi.[12]

Kodon ataması

Sistemin diğer bir unsuru, yeni amino aside tahsis edilecek bir kodondur.

Genetik kod genişlemesinin en büyük problemi, özgür kodonların olmamasıdır. Genetik kod, ilkel evrimin çeşitli aşamalarının açıklayıcı işaretlerini gösteren rastgele olmayan bir düzene sahiptir, ancak o zamandan beri yerinde donmuştur ve neredeyse evrensel olarak korunmuştur.[19] Yine de, bazı kodonlar diğerlerinden daha nadirdir. Aslında E. coli (ve tüm organizmalar) kodon kullanımı eşit değildir, ancak birkaç nadir kodon sunar (tabloya bakın), en nadir olanı amber durdurma kodonudur (UAG).

Amber kodon bastırma

Kodonları yeniden atama olasılığı Normanly tarafından gerçekleştirildi et al. 1990'da, canlı bir mutant suşu E. coli UAG aracılığıyla oku ("kehribar") kodonu durdur.[21]Bu, bu kodonun nadir olması ve tek başına bırakma faktörü 1'in amber kodonun çeviriyi sonlandırması sayesinde mümkün olmuştur. Daha sonra Schultz laboratuarı, tRNATyr / tyrosyl-tRNA sentetaz (TyrRS) Methanococcus jannaschii bir arkebakteri,[6] amber kodonun varsayılan değeri olan STOP yerine bir tirozin tanıtmak için kullanıldı.[22] Bu, endojen bakteriyel sentazlar ve birbirini tanımayan ortolog arkeal sentaz arasındaki farklardan dolayı mümkün olmuştur. Daha sonra grup, standart olmayan amino asidi kullanmak için ortologonal tRNA / sentaz çiftini geliştirdi. Ö-metiltirosin.[23] Bunu daha büyük naftilalanin takip etti[24] ve foto çapraz bağlanan benzoilfenilalanin,[25] sistemin potansiyel faydasını kanıtladı.

Amber kodon, içinde en az kullanılan kodondur. Escherichia coli, ancak onu ele geçirmek önemli bir zindelik kaybına neden olur. Aslında bir çalışma, okumadan büyük ölçüde etkilenen en az 83 peptid olduğunu buldu[26] Ek olarak, etiketleme eksikti. Sonuç olarak, tüm amber kodonların genomdan çıkarılması da dahil olmak üzere uygunluk maliyetini düşürmek için birkaç tür yapılmıştır. E. coli K-12 suşları (yani. Escherichia coli (moleküler Biyoloji) gerginlik soyları için) 314 UAG durdurma kodonu vardır. Sonuç olarak, bunların yerini almak için devasa miktarda çalışma yapıldı. Harvard'dan Prof. George Church grubunun öncülüğünü yaptığı bir yaklaşım, CAGE'de MAGE olarak adlandırıldı: bu, tüm UAG kodonlarını kaldırmak için bir multipleks dönüşüme ve müteakip suş rekombinasyonuna dayanıyordu - son kısım, ilk makalede bir durma noktası sundu,[27] ama aşıldı. Bu sonuçlandı E. coli tüm UAG kodonlarından ve RF1'den yoksun olan C321.ΔA suşu.[28] Bu, yapısal olarak gerektirecek birkaç anahtar enzim geliştirerek amino asit bifenilalanine "bağımlı" hale getirmek için bu suşla bir deney yapılmasına izin verdi, böylece genişletilmiş genetik kodunu pozitif seleksiyon altına aldı.[29]

Nadir anlamda kodon ataması

Kehribar kodona ek olarak, nadir duyu kodonları da kullanım için düşünülmüştür. AGG kodonu arginin için kodlar, ancak bir suş başarılı bir şekilde değiştirilerek 6-N-aliloksikarbonil-lisin.[30]Diğer bir aday, AUA kodonudur, çünkü ilgili tRNA'sı, metiyonini (ilkel olarak izolösin, dolayısıyla konumu) kodlayan AUG'ye karşı farklılaşmak zorundadır. Bunu yapmak için, AUA tRNA'nın özel bir tabanı olan lizidin vardır. Sentazın silinmesi (tilS) doğal tRNA'nın yerine geçmesi sayesinde mümkün olmuştur. Mycoplasma mobile (lizidin yok). Azaltılmış uygunluk, AUA'nın tüm örneklerini kaybetmesi için baskıya yönelik ilk adımdır ve genetik kod genişlemesi için kullanılmasına izin verir.[31]

Dört temel kodon

Diğer yaklaşımlar, ekstra baz eşleştirmesinin eklenmesini veya normal üçlü genetik koda ek olarak dörtlü kodlu tRNA'ları kabul eden ortolog ribozomların kullanımını içerir.[32] Bu, iki doğal olmayan amino asidin aynı anda kullanımına izin verdi, p-azidofenilalanin (pAzF) ve N6 - [(2-propiniloksi) karbonil] lisin (CAK), Huisgen sikloaddition.[33]

tRNA / sentetaz çifti

Diğer bir anahtar unsur tRNA / sentetaz çiftidir.

Ortolog sentetaz ve tRNA seti, tRNA'yı farklı, hatta yeni bir amino asit ile yüklemek için yönlendirilmiş evrim yoluyla mutasyona uğratılabilir ve taranabilir. Çifti içeren plazmide mutasyonlar, hataya açık PCR yoluyla veya sentetazın aktif bölgesi için dejenere primerler yoluyla sokulabilir.Seçim, iki aşamalı bir işlemin birden fazla turunu içerir, burada plazmit, kloramfenikol asetil transferazı eksprese eden hücrelere bir erken ile aktarılır. amber kodon. Toksik kloramfenikol ve doğal olmayan amino asit varlığında, hayatta kalan hücreler, standart amino asitler veya doğal olmayan amino asitlerle aminoasile edilmiş ortogonal tRNA'yı kullanarak amber kodonu geçersiz kılacaktır. Birincisini çıkarmak için plazmid, prematüre bir amber kodonu olan ancak doğal olmayan amino asit olmadan bir barnaz genine (toksik) sahip hücrelere sokulur ve doğal olmayan amino asidi spesifik olarak tanımayan tüm ortogonal sentazlar çıkarılır.[6]TRNA'nın farklı bir kodona yeniden kodlanmasına ek olarak, bunlar, ek serbest kodlama seçeneklerine izin vererek dört bazlı bir kodonu tanımak için mutasyona uğratılabilir.[34]Sonuç olarak doğal olmayan amino asit, keşfetmek için bir araç olarak kullanılmak üzere çeşitli fizikokimyasal ve biyolojik özellikler sunar. protein yapısı ve pratik amaçlar için yeni veya geliştirilmiş protein oluşturmak veya işlev görmektedir.

Yalnızca doğal olmayan amino asidi kabul eden sentetazın seçilmesi için çeşitli yöntemler geliştirilmiştir. Bunlardan biri, pozitif ve negatif seçim kombinasyonunu kullanmaktır.

Model organizmalarda ortogonal kümeler

Bir organizma için çalışan ortogonal sentetaz ve tRNA çiftleri, bir başkası için çalışmayabilir, çünkü sentetaz, endojen tRNA'ları yanlış aminoasile edebilir veya tRNA, bir endojen sentetaz tarafından kendi kendine yanlış aminoasile edilebilir. Sonuç olarak, bugüne kadar oluşturulan setler organizmalar arasında farklılık gösterir.

ÇiftKaynakE. coliMayaMemelilerNotlar ve referanslar
tRNATyr-TyrRSMethanococcus jannaschiiEvetHayırHayır
tRNALys–LysRSPyrococcus horikoshiiEvetHayırHayır[35]
tRNAGlu-GluRSPyrococcus horikoshiiEvetHayırHayır[36]
tRNALeu–LeuRStRNA: mutant Halobakteri sp.
RS: Methanobacterium thermoautotrophicum		EvetHayırHayır[37]
tRNAKehribar-PylRSMethanosarcina barkeri ve Methanosarcina mazeiEvetEvetEvet[38]
tRNAKehribar-3-iyodotirozil -RSRS: değişken Methanocaldococcus jannaschii aaRSEvetHayırHayır[39]
tRNATyr / Amber-TyrRSEscherichia coliHayırEvetHayır2003 yılında bildirildi,[40] 2014 LeuRS'de bahsedilen[41]
tRNAbenTanışmak-GlnRStRNA: insan
RS: Escherichia coli		HayırEvetHayırAmber kodona geçildi.[42]
tRNAbenfMet-TyrRStRNA: Escherichia coli
RS: S. cerevisiae		EvetEvetHayırAmber kodona geçildi.[42]
tRNALeu / Amber-LeuRSEscherichia coliHayırEvetEvet2004 yılında rapor edilmiş ve 2-Aminooktanoik asit için mutasyona uğramıştır, Ö-metil tirozin ve Ö-nitrobenzil sistein.[41] 4,5-dimetoksi-2-nitrobenzil serin için mayada geliştirildi,[43] ışığa duyarlı 4,5-dimetoksi-2-nitrobenzil-sistein ile farelerde test edilmiştir.[44]
tRNATyr-TyrRSBacillus stearothermophilusHayırHayırEvet[9]
tRNATrp-TrpRSBacillus subtilis, RS değiştirildiHayırHayırEvetYeni AA, 5-OH Trp'dir.[45]

2017'de, doğal olmayan amino asitlere sahip proteinler üretebilen genişletilmiş bir genetik kodla tasarlanmış bir fare rapor edildi.[46]

Ortogonal ribozomlar

Ortogonal tRNA'lara ve aminoasil tRNA sentetazlarına (aaRS) benzer şekilde, ortogonal ribozomlar, doğal ribozomlara paralel olarak çalışmak üzere tasarlanmıştır. Ortogonal ribozomlar ideal olarak doğal benzerlerinden farklı mRNA transkriptlerini kullanırlar ve nihayetinde ayrı bir tRNA havuzunu da kullanmalıdırlar. Bu, halihazırda Amber kodon bastırma gibi tekniklerden kaynaklanan zindelik kaybının bir kısmını hafifletmelidir. Ek olarak, ortogonal ribozomlar, dörtlü kodonların tanınması gibi belirli görevler için mutasyona uğratılabilir ve optimize edilebilir. Böyle bir optimizasyon mümkün değildir veya doğal ribozomlar için oldukça dezavantajlıdır.

o-Ribozom

2005 yılında, doğal mRNA'yı tanımayan, bunun yerine ayrı bir ortogonal mRNA (o-mRNA) havuzunu çeviren üç set ribozom yayınlandı.[47] Bu, mRNA'nın tanıma sekansı değiştirilerek elde edildi. Shine-Dalgarno dizisi ve ribozomların 16S rRNA'sındaki karşılık gelen tanıma dizisi, Anti-Shine-Darlgarno-Sequence. Bu şekilde, dizilerden herhangi biri mutasyona uğradığında genellikle kaybolan baz eşlemesi kullanılabilir durumda kalır. Bununla birlikte, 16S rRNA'daki mutasyonlar, klasik Anti-Shine-Darlgarno sekansının açıkça baz çifti oluşturan nükleotidleri ile sınırlı değildi.

Ribo-X

2007'de Jason W. Chin grubu, Amber kodon bastırması için optimize edilmiş ortogonal bir ribozom sundu.[48] 16S rRNA, RF1 salım faktörünü doğal ribozomdan daha az güçlü bir şekilde bağlayacak şekilde mutasyona uğramıştır. Bu ribozom, doğal proteinlerdeki baskılanmış durdurma kodonlarının neden olduğu düşük hücre uygunluğu sorununu ortadan kaldırmadı. Bununla birlikte, geliştirilmiş özgüllük sayesinde, doğru şekilde sentezlenmiş hedef proteinin verimini önemli ölçüde arttırdı (bir amber kodonun bastırılması için ~% 20'den>% 60'a ve iki amber kodon için <% 1'den>% 20'ye kadar).

Ribo-Q

2010 yılında, Jason W. Chin grubu ortogonal ribozomun daha da optimize edilmiş bir versiyonunu sundu. Ribo-Q, doğal üçlü kodonlar yerine dörtlü kodonları tanımak için dörtlü anti-kodonlara sahip tRNA'ları tanımak için optimize edilmiş bir 16S rRNA'dır.[33] Bu yaklaşımla, olası kodonların sayısı 64'ten 256'ya yükselir. Çeşitli durdurma kodonları hesaba katılsa bile, 200'den fazla farklı amino asit potansiyel olarak bu şekilde kodlanabilir.

Ribozom zımbalama

Yukarıda açıklanan ortogonal ribozomların tümü, 16S rRNA'yı optimize etmeye odaklanır. Şimdiye kadar, bu optimize edilmiş 16S rRNA, ortogonal ribozomlar oluşturmak için doğal büyük alt birimlerle birleştirildi. Büyük ribozomal alt birimin ana RNA bileşeni olan 23S rRNA'nın da optimize edilmesi gerekiyorsa, ortogonal ve doğal ribozomların birleşiminde hiçbir karışma olmadığından emin olunmalıdır (bakınız şekilX B). Optimize edilmiş 23S rRNA'nın yalnızca optimize edilmiş 16S rRNA ile ribozomlara dönüşmesini sağlamak için, iki rRNA tek bir transkript halinde birleştirildi.[49] 23S rRNA için diziyi 16S rRNA dizisinin bir döngü bölgesine yerleştirerek, her iki alt birim hala işleyen kıvrımları benimser. İki rRNA birbirine bağlı olduğundan ve dolayısıyla sürekli yakınlıkta olduğundan, diğer serbest yüzen ribozomal alt birimleri değil tercihen birbirlerine bağlanırlar.

Tasarlanmış peptidil transferaz merkezi

2014 yılında, 23S rRNA'nın peptidil transferaz merkezini değiştirerek, ortogonal tRNA havuzlarını çeken ribozomların oluşturulabileceği gösterildi.[50] TRNA'ların 3 ’ucu evrensel olarak CCA olarak korunur. TRNA'yı ribozoma bağlamak için iki guaninli iki sitidin baz çifti 23S rRNA'dır. Bu etkileşim, çeviri uygunluğu için gereklidir. Bununla birlikte, bağlanan nükleotidlerin, hala baz çifti oluşturabilecekleri şekilde birlikte mutasyona uğratılmasıyla, translasyonel aslına uygunluk korunabilir. TRNA'nın 3'-ucu CCA'dan CGA'ya mutasyona uğramışken ribozomlarda iki sitidin nükleotidi A ve P siteleri guanidine mutasyona uğramıştır. Bu, doğal olarak oluşan tRNA'ları substrat olarak kabul etmeyen ribozomlara ve doğal ribozomlar tarafından substrat olarak kullanılamayan tRNA'lara yol açar.
Bu tür tRNA'ları etkili bir şekilde kullanmak için, spesifik, ortogonal aaRS'ler tarafından aminoasile edilmeleri gerekecektir. Doğal olarak oluşan çoğu aaRS, karşılık gelen tRNA'larının 3'-ucunu tanır.[51][52] Bu 3’-mutasyona uğramış tRNA'lar için aaRS'ler henüz mevcut değildir. Şimdiye kadar, bu sistemin yalnızca bir in vitro çeviri ortogonal tRNA'nın aminoasilasyonunun "fleksizimler" olarak adlandırılanlar kullanılarak gerçekleştirildiği yer. Flexizimler, tRNA-amino asililasyon aktivitesine sahip ribozimlerdir.[53]

Başvurular

Genişletilmiş bir genetik kod ile, doğal olmayan amino asit, genetik olarak ilgilenilen proteinde seçilen herhangi bir bölgeye yönlendirilebilir. Bu işlemin yüksek verimliliği ve doğruluğu, proteinin çeviri sonrası modifiye edilmesine kıyasla, modifikasyonun yerleştirilmesinin daha iyi kontrolüne izin verir; bu, genel olarak, tiyol grubu gibi aynı tipteki tüm amino asitleri hedefler. sistein ve lizinin amino grubu.[54] Ayrıca, genişletilmiş bir genetik kod, değişikliklerin yapılmasına izin verir in vivoLaboratuvarda sentezlenmiş kimyasal parçaların proteinlere özel olarak sahaya göre yönlendirilmesi yeteneği, aksi takdirde son derece zor olacak birçok çalışma türüne olanak tanır, örneğin:

  • Protein yapısının ve işlevinin araştırılması: Biraz farklı boyutta amino asitler kullanarak, örneğin ÖTirozin yerine -metiltirosin veya dansilalanin ve seçilen protein bölgelerine genetik olarak kodlanmış haberci kısımları (renk değiştiren ve / veya spin-aktif) sokarak, proteinin yapısı ve işlevi hakkındaki kimyasal bilgiler ölçülebilir.
  • Protein yapısı ve işlevinde çeviri sonrası değişikliklerin rolünü araştırmak: Taklit eden amino asitler kullanarak çeviri sonrası değişiklikler örneğin fosfoserin, biyolojik olarak aktif protein elde edilebilir ve amino asit birleşiminin bölgeye özgü doğası, protein fosforilasyonunun konumu, yoğunluğu ve dağılımının protein fonksiyonunu nasıl etkilediğine dair bilgi sağlayabilir.[55][56][57][58]
  • Protein aktivitesinin belirlenmesi ve düzenlenmesi: Foto-kafesli aminoasitlerin kullanılmasıyla, protein işlevi organizmayı aydınlatarak "açılıp kapatılabilir".
  • Bir proteinin etki şeklinin değiştirilmesi: Belirli bir DNA dizisini bağlayan bir proteinin geniyle başlayabilir ve bağlanma yerine kimyasal olarak aktif bir amino asit ekleyerek onu DNA'yı kesen bir proteine ​​dönüştürebilir. bağlayıcı.
  • İmmünojenisitenin iyileştirilmesi ve öz toleransın üstesinden gelinmesi: Stratejik olarak seçilen tirozinlerin yerine p-nitro fenilalanin, tolere edilen kendi kendine protein immünojenik yapılabilir.[59]
  • Seçilmiş hücresel bileşenlerin seçici imhası: genişletilmiş bir genetik kod kullanılarak, doğal olmayan, yıkıcı kimyasal parçalar (bazen "kimyasal savaş başlıkları" olarak adlandırılır), belirli hücresel bileşenleri hedefleyen proteinlere dahil edilebilir.[60]
  • Daha iyi protein üretmek: T7 bakteriyofajlarının evrim geçirmeyen bir E. coli Amber kodon üzerinde 3-iyodotirozini kodlayan suş, proteomundaki iyodotirozin varlığı sayesinde vahşi tipten daha uygun bir popülasyona neden oldu[61]

Gelecek

Genetik kodun genişlemesi hâlâ emekleme aşamasındadır. Mevcut metodoloji, o anda yalnızca bir standart olmayan amino asit kullanır, oysa ideal olarak çoklu kullanılabilir.

Yeniden kodlanmış sentetik genom

Birden fazla doğal olmayan amino asidin kodlanmasını sağlamanın bir yolu, yeniden yazılmış bir genomu sentezlemektir.[62] 2010 yılında, bir organizmanın maliyeti 40 milyon dolara, Mycoplasma laboratuvarı sentetik, ancak kodlanmamış bir genom tarafından kontrol edilen inşa edildi.[63] 2019 yılında Eschericia coli Syn61, doğal 64 yerine yalnızca 61 kodondan oluşan 4 megabazlı yeniden kodlanmış bir genom ile oluşturuldu.[3][2] Nadir kodonların kullanımının ortadan kaldırılmasına ek olarak, birçok tRNA birkaç kodonu tanıdığı için sistemin özgüllüğünün artırılması gerekir.[62]

Genişletilmiş genetik alfabe

Ana makale: Doğal olmayan baz çifti

Başka bir yaklaşım, kodlama kapasitesini artırmak için nükleobazların sayısını genişletmektir.

Doğal olmayan bir baz çifti (UBP) tasarlanmış bir alt birimdir (veya nükleobaz ) nın-nin DNA bir laboratuvarda yaratılan ve doğada oluşmayan. UBP'lerin bir gösterimi gerçekleştirildi laboratuvar ortamında Ichiro Hirao'nun grubu tarafından RIKEN Japonya'daki enstitü. 2002 yılında, 2-amino-8- (2-tienil) purin (ler) ile piridin-2-on (y) arasında işlev gören doğal olmayan bir baz çifti geliştirdiler. laboratuvar ortamında standart olmayan amino asitlerin proteinlere bölgeye özgü katılımı için transkripsiyon ve çeviride.[64] 2006 yılında, replikasyon ve transkripsiyon için üçüncü bir baz çifti olarak 7- (2-tienil) imidazo [4,5-b] piridin (Ds) ve pirol-2-karbaldehit (Pa) yarattılar.[65] Daha sonra, Ds ve 4- [3- (6-aminoheksanamido) -1-propinil] -2-nitropirol (Px), PCR amplifikasyonunda yüksek doğruluk çifti olarak keşfedildi.[66][67] 2013 yılında, Ds-Px çiftini DNA aptamer oluşumuna uyguladılar. laboratuvar ortamında seçimi (SELEX) ve genetik alfabe genişlemesinin DNA aptamer afinitelerini hedef proteinlere önemli ölçüde artırdığını gösterdi.[68]

2012 yılında, bir kimyasal biyolog olan Floyd Romesberg liderliğindeki bir grup Amerikalı bilim adamı Scripps Araştırma Enstitüsü Kaliforniya, San Diego'da, ekibinin doğal olmayan bir baz çifti (UBP) tasarladığını yayınladı.[69] İki yeni yapay nükleotid veya Doğal Olmayan Baz Çifti (UBP) "d5SICS " ve "dNaM. "Daha teknik olarak, bunlar yapay nükleotidler hidrofobik taşıyan nükleobazlar, iki sigortalı özellik aromatik halkalar DNA'da bir (d5SICS – dNaM) kompleksi veya baz çifti oluşturan.[70][71] 2014 yılında Scripps Araştırma Enstitüsü'nden aynı ekip, bir dizi dairesel DNA sentezlediklerini bildirdi. plazmid Doğal T-A ve C-G baz çiftlerinin yanı sıra en iyi performans gösteren UBP Romesberg laboratuarının tasarladığı ve ortak bakterinin hücrelerine yerleştirdiği E. coli doğal olmayan baz çiftlerini birden fazla nesil boyunca başarıyla kopyalayan.[72] Bu, genişletilmiş bir genetik koddan sonraki nesillere geçen canlı bir organizmanın bilinen ilk örneğidir.[70][73] Bu kısmen, bir destekleyici alg geninin eklenmesiyle elde edildi. nükleotid trifosfat hem d5SICSTP hem de dNaMTP'nin trifosfatlarını verimli bir şekilde içeri aktaran taşıyıcı E. coli bakteri.[70] Daha sonra, doğal bakteri çoğaltma yolları, bunları doğru şekilde çoğaltmak için kullanır. plazmid d5SICS – dNaM içeren.

Üçüncü bir baz çiftinin canlı bir mikro organizmaya başarılı bir şekilde dahil edilmesi, sayılarını büyük ölçüde genişletme hedefine doğru önemli bir atılımdır. amino asitler DNA tarafından kodlanabilen, böylece canlı organizmaların yeni üretme potansiyelini genişletir. proteinler.[72] Yapay DNA dizileri henüz hiçbir şeyi kodlamıyor, ancak bilim adamları bunların endüstriyel veya farmasötik kullanımları olabilecek yeni proteinler üretmek için tasarlanabileceklerini düşünüyorlar.[74]

Mayıs 2014'te araştırmacılar, başarılı bir şekilde iki yeni yapay nükleotidler bakteriyel DNA'ya ve kültür ortamına ayrı ayrı yapay nükleotidler dahil ederek bakterileri 24 kez geçebildi; yapay nükleotitleri kullanabilen mRNA veya proteinler yaratmadılar.[70][75][76][77]

İlgili yöntemler

Alloproteinlerin üretimi için seçici basınç birleştirme (SPI) yöntemi

Standart olmayan amino asitlerle protein üreten birçok çalışma yapılmıştır, ancak bunlar genetik kodu değiştirmemektedir. Bu protein, alloprotein, birincisinin ikincisinin yerine proteine ​​dahil edilmesi için benzer kodlanmış bir amino asit yokluğunda hücrelerin doğal olmayan bir amino asitle inkübe edilmesiyle yapılır, örneğin LMetiyonin (Met) için -2-aminoheksanoik asit (Ahx).[78]

Bu çalışmalar doğal rastgele faaliyet of aminoasil tRNA sentetaz hedef tRNA'sına doğal substrata benzer doğal olmayan bir amino asit (yani analog) eklemek için, örneğin metiyonil-tRNA sentazın metiyonin için yanlış yapan izolösin.[79] Örneğin protein kristalografisinde, bir metiyonin-oksotrofik suş kültürünün ortamına selenometiyoninin eklenmesi, metiyoninin aksine selenometiyonin içeren proteinlerle sonuçlanır (yani. Çok dalgaboylu anormal dağılım nedeni için).[80] Başka bir örnek de fotolösin ve çapraz etiketlenmiş proteine ​​lösin ve metiyonin yerine fotometiyonin eklenir.[81]Benzer şekilde, bazı tellür toleranslı mantarlar dahil olabilir tellurosistein ve tellurometiyonini sistein ve metiyonin yerine proteinlerine dönüştürür.[82]Genetik kodu genişletmenin amacı, bir amino asidin yerini almadığından daha radikaldir, ancak koda bir veya daha fazla ekler. Öte yandan, proteom çapında ikameler en verimli şekilde global amino asit ikameleri ile gerçekleştirilir. Örneğin, florlu analoglarla doğal amino asitlerin küresel proteom çapında ikameleri denenmiştir. E. coli[83] ve B. subtilis.[84] 20899'a yanıt olarak tiyenopirol-alanin ile tam bir triptofan ikamesi UGG kodonları içinde E. coli tarafından 2015 yılında rapor edildi Budisa ve Söll.[85] Ayrıca, protein katlanması ve stabilite gibi birçok biyolojik olay, protein sekansındaki birçok pozisyonda sinerjistik etkilere dayanır.[86]

Bu bağlamda, SPI yöntemi, rekombinant protein varyantları veya alloproteinleri, doğal amino asitlerin doğal olmayan benzerleriyle ikame edilmesi yoluyla doğrudan üretir.[87] Bir amino asit oksotrofik ekspresyon konağı, hedef protein ekspresyonu sırasında bir amino asit analoğu ile desteklenir.[88] Bu yaklaşım, bastırmaya dayalı yöntemlerin tuzaklarından kaçınır.[89] ve verimlilik, tekrarlanabilirlik ve son derece basit bir deney düzeneği açısından ondan üstündür.[90] Çok sayıda çalışma, kanonik amino asitlerin çeşitli izosterik analoglarla küresel ikamesinin nasıl minimum yapısal bozulmalara, ancak termodinamikte dramatik değişikliklere neden olduğunu göstermiştir.[91] katlama,[92] toplama[93] spektral özellikler[94][95] ve enzimatik aktivite.[96]

laboratuvar ortamında sentez

Ana makale: mRNA ekranı

Yukarıda açıklanan genetik kod genişletmesi in vivo. Bir alternatif, kodlamanın değişmesidir laboratuvar ortamında çeviri deneyleri. Bu, tüm tRNA'ların tükenmesini ve bazıları kimyasal olarak aminoasile olan belirli aminoasile edilmiş tRNA'ların seçici olarak yeniden verilmesini gerektirir.[97]

Kimyasal sentez

Ana makale: Peptit sentezi

Üretilecek birkaç teknik var peptidler kimyasal olarak, genellikle katı faz koruma kimyası gereğidir. Bu, herhangi bir (korumalı) amino asidin yeni oluşan diziye eklenebileceği anlamına gelir.

Kasım 2017'de, Scripps Araştırma Enstitüsü yarı sentetik bir E. coli altı farklı nükleik asit kullanan bakteri genomu (doğada bulunan dördü). İki ekstra 'harf' üçüncü, doğal olmayan bir baz çifti oluşturur. Ortaya çıkan organizmalar, "doğal olmayan amino asitler" kullanarak proteinleri geliştirip sentezleyebildi.[98][99] Kullanılan doğal olmayan baz çifti dNaM –DTPT3.[99] Bu doğal olmayan baz çifti daha önce gösterilmişti,[100][101] ama bu ilk raporu transkripsiyon ve tercüme doğal olmayan bir baz çifti kullanan proteinlerin

Ayrıca bakınız

Referanslar

  1. ^ Xie J, Schultz PG (Aralık 2005). "Genetik repertuvara amino asitler eklemek". Kimyasal Biyolojide Güncel Görüş. 9 (6): 548–54. doi:10.1016 / j.cbpa.2005.10.011. PMID  16260173.
  2. ^ a b Zimmer C (15 Mayıs 2019). "Bilim Adamları Sentetik Bir Genomla Bakteriler Yarattı. Bu Yapay Yaşam mı? - Sentetik biyoloji için bir dönüm noktası olan E. coli kolonileri, doğa tarafından değil, sıfırdan insanlar tarafından inşa edilen DNA ile gelişir". New York Times. Alındı 16 Mayıs 2019.
  3. ^ a b Fredens J, Wang K, de la Torre D, Funke LF, Robertson WE, Christova Y, vd. (Mayıs 2019). "Yeniden kodlanmış bir genom ile Escherichia coli'nin toplam sentezi". Doğa. 569 (7757): 514–518. Bibcode:2019Natur.569..514F. doi:10.1038 / s41586-019-1192-5. PMC  7039709. PMID  31092918.
  4. ^ Kubyshkin V, Acevedo-Rocha CG, Budisa N (Şubat 2018). "Protein biyojenezindeki evrensel kodlama olayları hakkında". Bio Sistemler. 164: 16–25. doi:10.1016 / j.biosystems.2017.10.004. PMID  29030023.
  5. ^ Kubyshkin V, Budisa N (Ağustos 2017). "Genetik kod mühendisliği kullanarak mikrobiyal organizmaların sentetik yabancılaştırılması: Neden ve nasıl?". Biyoteknoloji Dergisi. 12 (8): 1600097. doi:10.1002 / biot.201600097. PMID  28671771.
  6. ^ a b c d e Wang L, Brock A, Herberich B, Schultz PG (Nisan 2001). "Escherichia coli'nin genetik kodunu genişletmek". Bilim. 292 (5516): 498–500. Bibcode:2001Sci ... 292..498W. doi:10.1126 / bilim.1060077. PMID  11313494. S2CID  6702011.
  7. ^ a b Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, Walter P (2008). Hücrenin moleküler biyolojisi (5. baskı). New York: Garland Bilimi. ISBN  978-0-8153-4105-5.
  8. ^ Woese CR, Olsen GJ, Ibba M, Söll D (Mart 2000). "Aminoasil-tRNA sentetazlar, genetik kod ve evrimsel süreç". Mikrobiyoloji ve Moleküler Biyoloji İncelemeleri. 64 (1): 202–36. doi:10.1128 / mmbr.64.1.202-236.2000. PMC  98992. PMID  10704480.
  9. ^ a b Sakamoto K, Hayashi A, Sakamoto A, Kiga D, Nakayama H, Soma A, vd. (Kasım 2002). "Doğal olmayan bir amino asidin memeli hücrelerindeki proteinlere bölgeye özgü katılımı". Nükleik Asit Araştırması. 30 (21): 4692–9. doi:10.1093 / nar / gkf589. PMC  135798. PMID  12409460.
  10. ^ a b c Liu CC, Schultz PG (2010). "Genetik koda yeni kimyaların eklenmesi". Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi. 79: 413–44. doi:10.1146 / annurev.biochem.052308.105824. PMID  20307192.
  11. ^ Summerer D, Chen S, Wu N, Deiters A, Chin JW, Schultz PG (Haziran 2006). "Genetik olarak kodlanmış bir floresan amino asit". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 103 (26): 9785–9. Bibcode:2006PNAS..103.9785S. doi:10.1073 / pnas.0603965103. PMC  1502531. PMID  16785423.
  12. ^ a b Steinfeld JB, Aerni HR, Rogulina S, Liu Y, Rinehart J (Mayıs 2014). "Fosfoserin, fosfotreonin ve fosfotirozin içeren genişletilmiş hücresel amino asit havuzları". ACS Kimyasal Biyoloji. 9 (5): 1104–12. doi:10.1021 / cb5000532. PMC  4027946. PMID  24646179.
  13. ^ Wang L, Xie J, Schultz PG (2006). "Genetik kodu genişletmek". Biyofizik ve Biyomoleküler Yapının Yıllık Değerlendirmesi. 35: 225–49. doi:10.1146 / annurev.biophys.35.101105.121507. PMID  16689635.
  14. ^ Young TS, Schultz PG (Nisan 2010). "Kanonik 20 amino asidin ötesinde: genetik sözlüğün genişletilmesi". Biyolojik Kimya Dergisi. 285 (15): 11039–44. doi:10.1074 / jbc.R109.091306. PMC  2856976. PMID  20147747.
  15. ^ a b "Peter G. Schultz Laboratuvarı". Schultz.scripps.edu. Alındı 2015-05-05.
  16. ^ Cardillo G, Gentilucci L, Tolomelli A (Mart 2006). "Olağandışı amino asitler: doğal olarak oluşan peptidlere ve biyolojik olarak aktif analoglara sentez ve dahil etme". Tıbbi Kimyada Mini Yorumlar. 6 (3): 293–304. doi:10.2174/138955706776073394. PMID  16515468.
  17. ^ Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 2003 Ocak 29; 125 (4): 935-9. 21 amino asitlik genetik kodlu bir bakteri üretimi. Mehl RA, Anderson JC, Santoro SW, Wang L, Martin AB, King DS, Horn DM, Schultz PG.
  18. ^ "bağlam :: 21 amino asitli bakteri: genetik kodu genişletmek". Straddle3.net. Alındı 2015-05-05.
  19. ^ Koonin EV, Novozhilov AS (Şubat 2009). "Genetik kodun kökeni ve evrimi: evrensel muamma". IUBMB Life. 61 (2): 99–111. arXiv:0807.4749. doi:10.1002 / iub.146. PMC  3293468. PMID  19117371.
  20. ^ Maloy SR, Valley Joseph Stewart VJ, Taylor RK (1996). Patojenik bakterilerin genetik analizi: bir laboratuvar kılavuzu. New York: Cold Spring Harbor Laboratuvarı. ISBN  978-0-87969-453-1.
  21. ^ Normanly J, Kleina LG, Masson JM, Abelson J, Miller JH (Haziran 1990). "Escherichia coli amber baskılayıcı tRNA genlerinin yapımı. III. TRNA özgüllüğünün belirlenmesi". Moleküler Biyoloji Dergisi. 213 (4): 719–26. doi:10.1016 / S0022-2836 (05) 80258-X. PMID  2141650.
  22. ^ Wang L, Magliery TJ, Liu DR, Schultz PG (2000). "Doğal olmayan amino asitlerin proteinlere in vivo dahil edilmesi için yeni bir fonksiyonel baskılayıcı tRNA / aminoasil-tRNA sentetaz çifti" (PDF). J. Am. Chem. Soc. 122 (20): 5010–5011. doi:10.1021 / ja000595y.
  23. ^ Wang L, Brock A, Herberich B, Schultz PG (Nisan 2001). "Escherichia coli'nin genetik kodunu genişletmek". Bilim. 292 (5516): 498–500. Bibcode:2001Sci ... 292..498W. doi:10.1126/science.1060077. PMID  11313494. S2CID  6702011.
  24. ^ Wang L, Brock A, Schultz PG (March 2002). "Adding L-3-(2-Naphthyl)alanine to the genetic code of E. coli". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 124 (9): 1836–7. doi:10.1021/ja012307j. PMID  11866580.
  25. ^ Chin JW, Martin AB, King DS, Wang L, Schultz PG (August 2002). "Addition of a photocrosslinking amino acid to the genetic code of Escherichiacoli". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 99 (17): 11020–4. Bibcode:2002PNAS...9911020C. doi:10.1073/pnas.172226299. PMC  123203. PMID  12154230.
  26. ^ Aerni HR, Shifman MA, Rogulina S, O'Donoghue P, Rinehart J (January 2015). "Revealing the amino acid composition of proteins within an expanded genetic code". Nükleik Asit Araştırması. 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. (Temmuz 2011). "Precise manipulation of chromosomes in vivo enables genome-wide codon replacement". Bilim. 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, Haimovich AD, Kuznetsov G, et al. (Ekim 2013). "Genomically recoded organisms expand biological functions". Bilim. 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, et al. (Şubat 2015). "Biocontainment of genetically modified organisms by synthetic protein design". Doğa. 518 (7537): 55–60. Bibcode:2015Natur.518...55M. doi:10.1038/nature14121. PMC  4422498. PMID  25607366.
  30. ^ Zeng Y, Wang W, Liu WR (August 2014). "Towards reassigning the rare AGG codon in Escherichia coli". ChemBioChem. 15 (12): 1750–4. doi:10.1002/cbic.201400075. PMC  4167342. PMID  25044341.
  31. ^ Bohlke N, Budisa N (February 2014). "Sense codon emancipation for proteome-wide incorporation of noncanonical amino acids: rare isoleucine codon AUA as a target for genetic code expansion". FEMS Mikrobiyoloji Mektupları. 351 (2): 133–44. doi:10.1111/1574-6968.12371. PMC  4237120. PMID  24433543.
  32. ^ Hoesl MG, Budisa N (October 2012). "Recent advances in genetic code engineering in Escherichia coli". Biyoteknolojide Güncel Görüş. 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 (March 2010). "Encoding multiple unnatural amino acids via evolution of a quadruplet-decoding ribosome" (PDF). Doğa. 464 (7287): 441–4. Bibcode:2010Natur.464..441N. doi:10.1038/nature08817. PMID  20154731. S2CID  4390989.
  34. ^ Watanabe T, Muranaka N, Hohsaka T (March 2008). "Four-base codon-mediated saturation mutagenesis in a cell-free translation system". Biyobilim ve Biyomühendislik Dergisi. 105 (3): 211–5. doi:10.1263/jbb.105.211. PMID  18397770.
  35. ^ Anderson JC, Wu N, Santoro SW, Lakshman V, King DS, Schultz PG (May 2004). "An expanded genetic code with a functional quadruplet codon". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 101 (20): 7566–71. Bibcode:2004PNAS..101.7566A. doi:10.1073/pnas.0401517101. PMC  419646. PMID  15138302.
  36. ^ Santoro SW, Anderson JC, Lakshman V, Schultz PG (December 2003). "An archaebacteria-derived glutamyl-tRNA synthetase and tRNA pair for unnatural amino acid mutagenesis of proteins in Escherichia coli". Nükleik Asit Araştırması. 31 (23): 6700–9. doi:10.1093/nar/gkg903. PMC  290271. PMID  14627803.
  37. ^ Anderson JC, Schultz PG (August 2003). "Adaptation of an orthogonal archaeal leucyl-tRNA and synthetase pair for four-base, amber, and opal suppression". Biyokimya. 42 (32): 9598–608. doi:10.1021/bi034550w. PMID  12911301.
  38. ^ Hancock SM, Uprety R, Deiters A, Chin JW (October 2010). "Expanding the genetic code of yeast for incorporation of diverse unnatural amino acids via a pyrrolysyl-tRNA synthetase/tRNA pair". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 132 (42): 14819–24. doi:10.1021/ja104609m. PMC  2956376. PMID  20925334.
  39. ^ Minaba M, Kato Y (March 2014). "High-yield, zero-leakage expression system with a translational switch using site-specific unnatural amino Acid incorporation". Uygulamalı ve Çevresel Mikrobiyoloji. 80 (5): 1718–25. doi:10.1128/AEM.03417-13. PMC  3957627. PMID  24375139.
  40. ^ Chin JW, Cropp TA, Anderson JC, Mukherji M, Zhang Z, Schultz PG (August 2003). "An expanded eukaryotic genetic code". Bilim. 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 (November 2004). "A genetically encoded photocaged amino acid". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 126 (44): 14306–7. doi:10.1021/ja040175z. PMID  15521721.
  42. ^ a b Kowal AK, Kohrer C, RajBhandary UL (February 2001). "Twenty-first aminoacyl-tRNA synthetase-suppressor tRNA pairs for possible use in site-specific incorporation of amino acid analogues into proteins in eukaryotes and in eubacteria". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 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 (December 2007). "Control of protein phosphorylation with a genetically encoded photocaged amino acid". Doğa Kimyasal Biyoloji. 3 (12): 769–72. doi:10.1038/nchembio.2007.44. PMID  17965709.
  44. ^ Kang JY, Kawaguchi D, Coin I, Xiang Z, O'Leary DD, Slesinger PA, Wang L (October 2013). "In vivo expression of a light-activatable potassium channel using unnatural amino acids". Nöron. 80 (2): 358–70. doi:10.1016/j.neuron.2013.08.016. PMC  3815458. PMID  24139041.
  45. ^ Zhang Z, Alfonta L, Tian F, Bursulaya B, Uryu S, King DS, Schultz PG (June 2004). "Selective incorporation of 5-hydroxytryptophan into proteins in mammalian cells". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 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 (February 2017). "Expanding the genetic code of Mus musculus". Doğa İletişimi. 8: 14568. Bibcode:2017NatCo...814568H. doi:10.1038/ncomms14568. PMC  5321798. PMID  28220771.
  47. ^ Rackham O, Chin JW (August 2005). "A network of orthogonal ribosome x mRNA pairs". Doğa Kimyasal Biyoloji. 1 (3): 159–66. doi:10.1038/nchembio719. PMID  16408021. S2CID  37181098.
  48. ^ Wang K, Neumann H, Peak-Chew SY, Chin JW (July 2007). "Evolved orthogonal ribosomes enhance the efficiency of synthetic genetic code expansion" (PDF). Doğa Biyoteknolojisi. 25 (7): 770–7. doi:10.1038/nbt1314. PMID  17592474. S2CID  19683574.
  49. ^ Fried SD, Schmied WH, Uttamapinant C, Chin JW (October 2015). "Ribosome Subunit Stapling for Orthogonal Translation in E. coli". Angewandte Chemie. 54 (43): 12791–4. doi:10.1002/anie.201506311. PMC  4678508. PMID  26465656.
  50. ^ Terasaka N, Hayashi G, Katoh T, Suga H (July 2014). "An orthogonal ribosome-tRNA pair via engineering of the peptidyl transferase center". Doğa Kimyasal Biyoloji. 10 (7): 555–7. doi:10.1038/nchembio.1549. PMID  24907900.
  51. ^ Cavarelli J, Moras D (January 1993). "Recognition of tRNAs by aminoacyl-tRNA synthetases". FASEB Dergisi. 7 (1): 79–86. doi:10.1096/fasebj.7.1.8422978. PMID  8422978. S2CID  46222849.
  52. ^ Schimmel PR, Söll D (1979). "Aminoacyl-tRNA synthetases: general features and recognition of transfer RNAs". Biyokimyanın Yıllık Değerlendirmesi. 48: 601–48. doi:10.1146/annurev.bi.48.070179.003125. PMID  382994.
  53. ^ Ohuchi M, Murakami H, Suga H (October 2007). "The flexizyme system: a highly flexible tRNA aminoacylation tool for the translation apparatus". Kimyasal Biyolojide Güncel Görüş. 11 (5): 537–42. doi:10.1016/j.cbpa.2007.08.011. PMID  17884697.
  54. ^ Wang Q, Parrish AR, Wang L (Mart 2009). "Biyolojik çalışmalar için genetik kodu genişletmek". Chemistry & Biology. 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, et al. (Ağustos 2011). "Expanding the genetic code of Escherichia coli with phosphoserine". Bilim. 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, et al. (Eylül 2015). "Robust production of recombinant phosphoproteins using cell-free protein synthesis". Doğa İletişimi. 6: 8168. Bibcode:2015NatCo...6.8168O. doi:10.1038/ncomms9168. PMC  4566161. PMID  26350765.
  57. ^ Pirman NL, Barber KW, Aerni HR, Ma NJ, Haimovich AD, Rogulina S, et al. (Eylül 2015). "A flexible codon in genomically recoded Escherichia coli permits programmable protein phosphorylation". Doğa İletişimi. 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. (Temmuz 2015). "Efficient genetic encoding of phosphoserine and its nonhydrolyzable analog". Doğa Kimyasal Biyoloji. 11 (7): 496–503. doi:10.1038/nchembio.1823. PMC  4830402. PMID  26030730.
  59. ^ Gauba V, Grünewald J, Gorney V, Deaton LM, Kang M, Bursulaya B, et al. (Ağustos 2011). "Loss of CD4 T-cell-dependent tolerance to proteins with modified amino acids". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 108 (31): 12821–6. Bibcode:2011PNAS..10812821G. doi:10.1073/pnas.1110042108. PMC  3150954. PMID  21768354.
  60. ^ Liu CC, Mack AV, Brustad EM, Mills JH, Groff D, Smider VV, Schultz PG (July 2009). "Evolution of proteins with genetically encoded "chemical warheads"". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 131 (28): 9616–7. doi:10.1021/ja902985e. PMC  2745334. PMID  19555063.
  61. ^ Hammerling MJ, Ellefson JW, Boutz DR, Marcotte EM, Ellington AD, Barrick JE (March 2014). "Bacteriophages use an expanded genetic code on evolutionary paths to higher fitness". Doğa Kimyasal Biyoloji. 10 (3): 178–80. doi:10.1038/nchembio.1450. PMC  3932624. PMID  24487692.
  62. ^ a b Krishnakumar R, Ling J (January 2014). "Experimental challenges of sense codon reassignment: an innovative approach to genetic code expansion". FEBS Mektupları. 588 (3): 383–8. doi:10.1016/j.febslet.2013.11.039. PMID  24333334. S2CID  10152595.
  63. ^ Gibson DG, Glass JI, Lartigue C, Noskov VN, Chuang RY, Algire MA, et al. (Temmuz 2010). "Creation of a bacterial cell controlled by a chemically synthesized genome". Bilim. 329 (5987): 52–6. Bibcode:2010Sci ... 329 ... 52G. doi:10.1126 / science.1190719. PMID  20488990.
  64. ^ Hirao I, Ohtsuki T, Fujiwara T, Mitsui T, Yokogawa T, Okuni T, et al. (Şubat 2002). "An unnatural base pair for incorporating amino acid analogs into proteins". Doğa Biyoteknolojisi. 20 (2): 177–82. doi:10.1038/nbt0202-177. PMID  11821864. S2CID  22055476.
  65. ^ Hirao I, Kimoto M, Mitsui T, Fujiwara T, Kawai R, Sato A, et al. (Eylül 2006). "An unnatural hydrophobic base pair system: site-specific incorporation of nucleotide analogs into DNA and RNA". Doğa Yöntemleri. 3 (9): 729–35. doi:10.1038/nmeth915. PMID  16929319. S2CID  6494156.
  66. ^ Kimoto M, Kawai R, Mitsui T, Yokoyama S, Hirao I (Şubat 2009). "Etkin PCR amplifikasyonu ve DNA moleküllerinin işlevselleştirilmesi için doğal olmayan bir baz çifti sistemi". Nükleik Asit Araştırması. 37 (2): e14. doi:10.1093 / nar / gkn956. PMC  2632903. PMID  19073696.
  67. ^ Yamashige R, Kimoto M, Takezawa Y, Sato A, Mitsui T, Yokoyama S, Hirao I (Mart 2012). "PCR amplifikasyonu için üçüncü bir baz çifti olarak son derece spesifik doğal olmayan baz çifti sistemleri". Nükleik Asit Araştırması. 40 (6): 2793–806. doi:10.1093 / nar / gkr1068. PMC  3315302. PMID  22121213.
  68. ^ Kimoto M, Yamashige R, Matsunaga K, Yokoyama S, Hirao I (Mayıs 2013). "Genişletilmiş bir genetik alfabe kullanılarak yüksek afiniteli DNA aptamerlerinin oluşturulması". Doğa Biyoteknolojisi. 31 (5): 453–7. doi:10.1038 / nbt.2556. PMID  23563318. S2CID  23329867.
  69. ^ Malyshev DA, Dhami K, Quach HT, Lavergne T, Ordoukhanian P, Torkamani A, Romesberg FE (Temmuz 2012). "Üçüncü bir baz çifti içeren DNA'nın verimli ve sekans bağımsız replikasyonu, işlevsel bir altı harfli genetik alfabe oluşturur". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 109 (30): 12005–10. Bibcode:2012PNAS..10912005M. doi:10.1073 / pnas.1205176109. PMC  3409741. PMID  22773812.
  70. ^ a b c d Malyshev DA, Dhami K, Lavergne T, Chen T, Dai N, Foster JM, et al. (Mayıs 2014). "Genişletilmiş bir genetik alfabeye sahip yarı sentetik bir organizma". Doğa. 509 (7500): 385–8. Bibcode:2014Natur.509..385M. doi:10.1038 / nature13314. PMC  4058825. PMID  24805238.
  71. ^ Callaway E (7 Mayıs 2014). "Scientists Create First Living Organism With 'Artificial' DNA". Doğa Haberleri. Huffington Post. Alındı 8 Mayıs 2014.
  72. ^ a b Fikes BJ (8 Mayıs 2014). "Life engineered with expanded genetic code". San Diego Birliği Tribünü. Arşivlenen orijinal 9 Mayıs 2014 tarihinde. Alındı 8 Mayıs 2014.
  73. ^ Örnek I (7 Mayıs 2014). "First life forms to pass on artificial DNA engineered by US scientists". Gardiyan. Alındı 8 Mayıs 2014.
  74. ^ Pollack A (7 Mayıs 2014). "Scientists Add Letters to DNA's Alphabet, Raising Hope and Fear". New York Times. Alındı 8 Mayıs 2014.
  75. ^ Pollack A (7 Mayıs 2014). "Researchers Report Breakthrough in Creating Artificial Genetic Code". New York Times. Alındı 7 Mayıs 2014.
  76. ^ Callaway E (7 Mayıs 2014). "First life with 'alien' DNA". Doğa. doi:10.1038/nature.2014.15179. S2CID  86967999. Alındı 7 Mayıs 2014.
  77. ^ Amos J (8 May 2014). "Semi-synthetic bug extends 'life's alphabet'". BBC haberleri. Alındı 2014-05-09.
  78. ^ Koide H, Yokoyama S, Kawai G, Ha JM, Oka T, Kawai S, et al. (Eylül 1988). "Biosynthesis of a protein containing a nonprotein amino acid by Escherichia coli: L-2-aminohexanoic acid at position 21 in human epidermal growth factor". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 85 (17): 6237–41. Bibcode:1988PNAS...85.6237K. doi:10.1073/pnas.85.17.6237. PMC  281944. PMID  3045813.
  79. ^ Ferla MP, Patrick WM (August 2014). "Bakteriyel metiyonin biyosentezi". Mikrobiyoloji. 160 (Pt 8): 1571–1584. doi:10.1099 / mic.0.077826-0. PMID  24939187.
  80. ^ Doublié S (2007). "Production of Selenomethionyl Proteins in Prokaryotic and Eukaryotic Expression Systems". Macromolecular Crystallography Protocols. Moleküler Biyolojide Yöntemler. 363. pp.91–108. doi:10.1007/978-1-59745-209-0_5. ISBN  978-1-58829-292-6. PMID  17272838.
  81. ^ Suchanek M, Radzikowska A, Thiele C (Nisan 2005). "Photo-leucine and photo-methionine allow identification of protein-protein interactions in living cells". Doğa Yöntemleri. 2 (4): 261–7. doi:10.1038/NMETH752. PMID  15782218.
  82. ^ Ramadan SE, Razak AA, Ragab AM, el-Meleigy M (June 1989). "Tellürun, tellür toleranslı bir mantarda amino asitlere ve proteinlere dahil edilmesi". Biyolojik Eser Element Araştırması. 20 (3): 225–32. doi:10.1007/BF02917437. PMID  2484755. S2CID  9439946.
  83. ^ Bacher JM, Ellington AD (September 2001). "Selection and characterization of Escherichia coli variants capable of growth on an otherwise toxic tryptophan analogue". Bakteriyoloji Dergisi. 183 (18): 5414–25. doi:10.1128/jb.183.18.5414-5425.2001. PMC  95426. PMID  11514527.
  84. ^ Wong JT (October 1983). "Membership mutation of the genetic code: loss of fitness by tryptophan". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 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, et al. (Ağustos 2015). "Chemical Evolution of a Bacterial Proteome". Angewandte Chemie. 54 (34): 10030–4. doi:10.1002/anie.201502868. PMC  4782924. PMID  26136259.NIHMSID: NIHMS711205
  86. ^ Moroder L, Budisa N (April 2010). "Synthetic biology of protein folding". ChemPhysChem. 11 (6): 1181–7. doi:10.1002/cphc.201000035. PMID  20391526.
  87. ^ Budisa N (December 2004). "Prolegomena to future experimental efforts on genetic code engineering by expanding its amino acid repertoire". Angewandte Chemie. 43 (47): 6426–63. doi:10.1002/anie.200300646. PMID  15578784.
  88. ^ Link AJ, Mock ML, Tirrell DA (December 2003). "Protein mühendisliğinde kanonik olmayan amino asitler". Biyoteknolojide Güncel Görüş. 14 (6): 603–9. doi:10.1016 / j.copbio.2003.10.011. PMID  14662389.
  89. ^ Nehring S, Budisa N, Wiltschi B (2012). "Performance analysis of orthogonal pairs designed for an expanded eukaryotic genetic code". PLOS ONE. 7 (4): e31992. Bibcode:2012PLoSO...731992N. doi:10.1371/journal.pone.0031992. PMC  3320878. PMID  22493661.
  90. ^ Agostini F, Völler JS, Koksch B, Acevedo-Rocha CG, Kubyshkin V, Budisa N (August 2017). "Biocatalysis with Unnatural Amino Acids: Enzymology Meets Xenobiology". Angewandte Chemie. 56 (33): 9680–9703. doi:10.1002/anie.201610129. PMID  28085996.
  91. ^ Rubini M, Lepthien S, Golbik R, Budisa N (July 2006). "Aminotryptophan-containing barstar: structure--function tradeoff in protein design and engineering with an expanded genetic code". Biochimica et Biophysica Açta (BBA) - Proteinler ve Proteomikler. 1764 (7): 1147–58. doi:10.1016/j.bbapap.2006.04.012. PMID  16782415.
  92. ^ Steiner T, Hess P, Bae JH, Wiltschi B, Moroder L, Budisa N (February 2008). "Synthetic biology of proteins: tuning GFPs folding and stability with fluoroproline". PLOS ONE. 3 (2): e1680. Bibcode:2008PLoSO...3.1680S. doi:10.1371/journal.pone.0001680. PMC  2243022. PMID  18301757.
  93. ^ Wolschner C, Giese A, Kretzschmar HA, Huber R, Moroder L, Budisa N (May 2009). "Design of anti- and pro-aggregation variants to assess the effects of methionine oxidation in human prion protein". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 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 (October 2008). "Azatryptophans endow proteins with intrinsic blue fluorescence". Amerika Birleşik Devletleri Ulusal Bilimler Akademisi Bildirileri. 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, et al. (Mayıs 2003). "Expansion of the genetic code enables design of a novel "gold" class of green fluorescent proteins". Moleküler Biyoloji Dergisi. 328 (5): 1071–81. doi:10.1016/s0022-2836(03)00364-4. PMID  12729742.
  96. ^ Hoesl MG, Acevedo-Rocha CG, Nehring S, Royter M, Wolschner C, Wiltschi B, Budisa N, Antranikian G (2011). "Lipase Congeners Designed by Genetic Code Engineering". ChemCatChem. 3 (1): 213–221. doi:10.1002/cctc.201000253. ISSN  1867-3880. S2CID  86352672.
  97. ^ Hong SH, Kwon YC, Jewett MC (2014). "Non-standard amino acid incorporation into proteins using Escherichia coli cell-free protein synthesis". Kimyada Sınırlar. 2: 34. Bibcode:2014FrCh....2...34H. doi:10.3389/fchem.2014.00034. PMC  4050362. PMID  24959531.
  98. ^ 'Unnatural' microbe can make proteins. BBC haberleri. 29 Kasım 2017.
  99. ^ a b Zhang Y, Ptacin JL, Fischer EC, Aerni HR, Caffaro CE, San Jose K, et al. (Kasım 2017). "A semi-synthetic organism that stores and retrieves increased genetic information". Doğa. 551 (7682): 644–647. Bibcode:2017Natur.551..644Z. doi:10.1038/nature24659. PMC  5796663. PMID  29189780.
  100. ^ Howgego J (February 2014). "Yabancı nükleotidlerde". Kimya Dünyası.
  101. ^ Li L, Degardin M, Lavergne T, Malyshev DA, Dhami K, Ordoukhanian P, Romesberg FE (January 2014). "Natural-like replication of an unnatural base pair for the expansion of the genetic alphabet and biotechnology applications". Amerikan Kimya Derneği Dergisi. 136 (3): 826–9. doi:10.1021/ja408814g. PMC  3979842. PMID  24152106.