エンジニアが非天然アミノ酸を合成できる細菌を作成

デラウェア大学より2023年7月19日

科学者たちは、医療用途の可能性がある非標準アミノ酸である pN-Phe を生成するように細菌を操作しました。 今後の研究では、このプロセスを最適化し、ワクチンや免疫療法におけるその可能性を探っていきます。

Amino acids serve as the foundational elements of proteins, vital to the optimal functioning of biological structures. Proteins in all life forms are composed of 20 core amino acids<div class="cell text-container large-6 small-order-0 large-order-1"><div class="text-wrapper"><br />Amino acids are a set of organic compounds used to build proteins. There are about 500 naturally occurring known amino acids, though only 20 appear in the genetic code. Proteins consist of one or more chains of amino acids called polypeptides. The sequence of the amino acid chain causes the polypeptide to fold into a shape that is biologically active. The amino acid sequences of proteins are encoded in the genes. Nine proteinogenic amino acids are called "essential" for humans because they cannot be produced from other compounds by the human body and so must be taken in as food.<br /></div></div>" data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">アミノ酸。 しかし、自然には 500 を超える驚くべき種類の異なるアミノ酸が存在します。 さらに、人間の創意工夫によって、数多くの合成アミノ酸が作られてきました。 これらの代替アミノ酸は、革新的な医薬品や治療法の開発において期待されています。

Now, University of Delaware researchers in the lab of Aditya Kunjapur, assistant professor in the College of Engineering’s Department of Chemical and Biomolecular Engineering, have engineered bacteria to synthesize an amino acidAny substance that when dissolved in water, gives a pH less than 7.0, or donates a hydrogen ion." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]">免疫系の調節に影響を与えることが他の研究者によって示されている希少な官能基を含む酸。 研究者らはまた、単一の細菌株にアミノ酸を生成し、それを標的タンパク質内の特定の部位に配置する方法を教えた。 Nature Chemical Biology に掲載されたこれらの発見は、将来的に独自のワクチンや免疫療法を開発するための基盤となります。

Kunjapur Lab では、合成生物学と遺伝子工学のツールを使用して、さまざまな種類の化合物や分子、特に自然界では十分に表現されていない官能基や特性を持つ化合物や分子を合成できる微生物を作成しています。

この研究では、研究者らはパラ-ニトロ-L-フェニルアラニン (pN-Phe) に焦点を当てました。これは、20 種類の標準アミノ酸のいずれにも含まれず、自然界では観察されていない非標準アミノ酸です。 他の研究グループは、免疫系が通常無視するタンパク質に反応するように免疫系を刺激するツールとして pN-Phe を利用しています。

「ニトロ化学官能基には貴重な特性があるが、代謝を再配線しようとしている人々によって十分に研究されていない」とクンジャプール氏は語った。 「pN-Phe には文献にも素晴らしい歴史があります。pN-Phe をマウスのタンパク質に付​​加してマウスに戻すと、免疫系がそのタンパク質の元のバージョンを許容できなくなります。 この能力は、免疫系が把握するのに苦労している不正タンパク質によって引き起こされる病気の治療や予防に有望です。」

Genetic code expansion methods allowed the researchers to increase the “alphabet” of available amino acids encoded by DNADNA, or deoxyribonucleic acid, is a molecule composed of two long strands of nucleotides that coil around each other to form a double helix. It is the hereditary material in humans and almost all other organisms that carries genetic instructions for development, functioning, growth, and reproduction. Nearly every cell in a person’s body has the same DNA. Most DNA is located in the cell nucleus (where it is called nuclear DNA), but a small amount of DNA can also be found in the mitochondria (where it is called mitochondrial DNA or mtDNA)." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"DNA. By coupling metabolic engineering techniques with genetic code expansion, the researchers were able to create a system that produces nitrated proteins autonomously./p>

The next step for this research is to optimize their methods to synthesize higher amounts of nitrated proteins and expand this work into other microorganisms. The long-term goal is to further refine this platform for applications related to vaccines or immunotherapies, efforts that are supported by Kunjapur’s 2021 AIChE Langer Prize and the 2022 National Institutes of HealthThe National Institutes of Health (NIH) is the primary agency of the United States government responsible for biomedical and public health research. Founded in 1887, it is a part of the U.S. Department of Health and Human Services. The NIH conducts its own scientific research through its Intramural Research Program (IRP) and provides major biomedical research funding to non-NIH research facilities through its Extramural Research Program. With 27 different institutes and centers under its umbrella, the NIH covers a broad spectrum of health-related research, including specific diseases, population health, clinical research, and fundamental biological processes. Its mission is to seek fundamental knowledge about the nature and behavior of living systems and the application of that knowledge to enhance health, lengthen life, and reduce illness and disability." data-gt-translate-attributes="[{"attribute":"data-cmtooltip", "format":"html"}]"National Institutes of Health Director’s New Innovator Award. To further support this long-term goal, Kunjapur and Neil Butler, doctoral candidate and first author on this paper, co-founded Nitro Biosciences./p>