Syntetičtí biologové, pracující na projektu americké armády, vyvinuli proces, který by mohl vést k nové generaci vysoce výkonných syntetických polymerů. Armádou financovaní vědci z Northwestern University dokázali doslova zkrotit jeden ze základních procesů přírody, tedy syntézu bílkovin. Biologické struktury byly upraveny tak, aby pracovaly se zcela alternativními molekulárními podjednotkami. O výsledky své práce se američtí vědci podělili v časopise Nature Communications.

"Tento objev je vzrušujícím krokem vpřed k dosažení sekvenčně definovaných syntetických polymerů," řekla Dawanne Poree, programová manažerka chemie polymerů z Armádního výzkumného úřadu (ARO). "Schopnost využít a přizpůsobit buněčné stroje k produkci polymerů syntetického původu je dalším významným milníkem ve zkrocení přírodních procesů. Vyvinutá metoda by mohla poskytnout vysoce efektivní materiály s širokým spektrem využití, od nanoelektroniky, přes léčiva, po armádní účely."

Biologické polymery, jako například DNA či bílkoviny, jsou složeny z vysoce přesných sekvencí stavebních bloků, které poskytují řadu funkcí, tedy například ukládání informací. Tento projekt si dal za cíl přepracovat biologické procesy tak, aby pracovaly s nebiologickými stavebními bloky. Metodu si můžeme představit jako jakousi biologickou 3D tiskárnu, schopnou přesně definované výroby.

K syntéze polymerů si vědci vybrali takzvané ribozomy. To jsou běžné a naprosto nezbytné buněčné struktury, které zprostředkovávají řetězovité napojování aminokyselin a tvorbu bílkoviny. Stejně jako kuchařka určuje podobu jídla, které vaříte, představuje genetický kód "recept" na výsledný protein. Ribozom v tomto procesu pak funguje jako jakási "kuchyňská linka", která propojování jednotlivých aminokyselin zprostředkovává.

Syntéza proteinů na ribozomu, zdroj: News Medical

V přírodě však ribozomy pracují pouze s 20 druhy aminokyselin. Vědci z Northwestern University se proto rozhodli, že jejich repertoár v zájmu výroby rozmanitějších látek rozšíří. "Dozvěděli jsme se, že ribozom může pojmout výrazně více typů monomerů, než jsme očekávali," popisuje výsledky práce profesor Michael Jewett, ředitel Centra pro syntetickou biologii z Northwestern University.

"Zkrocení" ribozomu pro práci s neobvyklými molekulami však nebylo snadné. Vědci museli monomery připojit k tRNA, speciální transportní molekule, které v přírodě na základě genetického kódu zajišťuje transport aminokyselin do struktur ribozomu, kde se jako kostky Lega spojují ve výsledný protein. Tyto molekuly byly k transportu neobvyklých molekul "donuceny" pomocí procesu flexizym.

Pro účel řazení nových molekul museli vědci vytvořit systém 37 monomerů, se kterými ribozom pracoval. Pokud na kombinatorice 20 aminokyselin funguje příroda tak jak ji známe, dalo by se říct, že si vědci designovali "přírodu" zcela novou. Tento systém byl následně rozšířen o další molekuly, se kterými dovedl pracovat.

Tato nová pravidla umožňují velice specifický design výsledného produktu. Pokud bychom například chtěli syntetizovat antimikrobiální látku, můžeme ji vytvořit z monomerů, které odolají některým bakteriálním enzymům, které by ji za normálních okolností rozštěpily. To nám dává do ruky silnou zbraň v boji proti rostoucí hrozbě mikrobiálních rezistencí.

Výzkum, který dovedl ribozomy přeprogramovat, je součástí programu multidisciplinárních výzkumných iniciativ amerického ministerstva obrany.

Zdroj: materialstoday, zdroj obrázku: Sketchfab