Ученые раскрыли рецепт инженерии рибосом
Рибосомы — это сложные молекулярные машины в клетке, катализирующие производство белков. Ахмед Бадран и его лаборатория стремятся создать новые виды рибосом, которые генерируют белки с новыми свойствами.
Команда сделала важный шаг в этом направлении, разработав высокопроизводительный метод сборки рибосом. Он использует части от разных микроорганизмов, измеряет и оптимизирует способность рибосом катализировать синтез белка. Исследование, опубликованное в Nature Communications, описывает успешную вставку более 30 различных рибосом в клетку E. coli.
Поскольку антибиотики обычно нацелены на рибосомы бактерий, новый метод может стать способом быстрого тестирования антибиотиков, воздействующих только на рибосомы конкретных патогенов человека.
"Поскольку область движется к целевым антибиотикам с целью ограничения приобретения широкой резистентности, у нас теперь есть возможность скрининга новых препаратов и потенциального открытия молекул, которые ингибируют рибосомы патогенов человека, но не комменсальных бактерий", — сказал Бадран, старший автор статьи.
Работа также дает исследователям новые инструменты для синтетической биологии.
"Ранее рибосомы E. coli составляли основную часть инструментария, доступного синтетическим биологам. Нас интересовало расширение этого инструментария за счет рибосом других видов и их использование для новых приложений", — сказала первый автор Натали Колбер.
Сборка рибосом из разных частей
Исследователи обычно используют части рибосомы E. coli для инженерии новых макромолекул, что ограничивает возможность создания большего разнообразия молекул.
Команда сначала хотела понять, почему так сложно заставить рибосому другого вида работать в клетке E. coli. Для этого они использовали ортогональную трансляцию — технику, которая заставляет рибосому исключительно генерировать специфический белок (в данном случае зеленый флуоресцентный белок, GFP). Если рибосома работала, клетка производила GFP и флуоресцировала зеленым.
С помощью этой техники ученые определили, что рибосомы от бактерий, близкородственных E. coli, легко транслируют GFP. Чем больше генетическое расхождение бактерий, тем сложнее их рибосомам работать в E. coli.
Однако команде удалось улучшить функцию рибосом от отдаленно родственных бактерий, вводя ключевые РНК и белки, ассоциированные с рибосомами из исходной клетки. Это помогало рибосоме "чувствовать себя как дома" и побуждало ее работать в E. coli. Исследователи разработали универсальные правила инженерии для ортогональной трансляции, применимые к любому репортерному белку, и подтвердили их на других флуоресцентных белках.
"Используя этот метод, мы теперь можем выбирать микроорганизмы, находящиеся в определенном месте на филогенетическом дереве, и, основываясь на их положении относительно E. coli, предсказывать способы добиться высокой эффективности работы их рибосом", — сказал Бадран.
Бадран и его команда теперь планируют развить свой подход в платформу для скрининга антибиотиков на рибосом-специфичное ингибирование и исследовать биотехнологические применения инженерных рибосом.
"Нет причин использовать для синтетической биологии только рибосомы E. coli. Это действительно позволяет воспользоваться всеми возможностями, которые дарвиновская эволюция создала у разных видов", — сказала Колбер.