Crean una bacteria sintética que resiste a los virus
La revista Science publica esta semana un estudio que muestra el desarrollo pionero de una cepa sintética de E. coli para que sea ‘prácticamente invencible’ a la infección viral. Con ello, los autores han demostrado que la producción eficiente de proteínas que no existen en la naturaleza es posible.
Micrografía electrónica de un cúmulo de bacterias E. coli ampliado cien mil veces. Cada cilindro redondeado es un individuo. / Wikipedia
Investigadores del Consejo de Investigación Médica de Cambridge (Reino Unido) han creado, mediante ingeniería genética, una cepa sintética de E. coli en la que incluyeron varios aminoácidos no estándar. De esta manera, consiguieron que la bacteria sintética estuviera protegida de la infección viral.
Su trabajo, publicado esta semana en la revista Science, es uno de los primeros en diseñar proteínas utilizando no uno sino varios aminoácidos no canónicos (ncAA), es decir, cientos de moléculas que pueden encontrarse en la naturaleza o en el laboratorio pero que los organismos no usan de forma innata.
Los autores crearon, mediante ingeniería genética, una cepa sintética de E. coli en la que incluyeron varios aminoácidos no estándar. De esta manera, consiguieron que la bacteria sintética estuviera protegida de la infección viral
“La capacidad de generar proteínas de diseño utilizando múltiples ‘bloques de construcción’ no naturales desbloqueará innumerables aplicaciones, desde el desarrollo de nuevas bioterapias hasta biomateriales con propiedades innovadoras”, escriben Delila Jewel y Abhishek Chatterjee en un artículo relacionado.
Para que nos entendamos, en la naturaleza los sistemas biológicos utilizan 64 codones –cada uno de ellos es una secuencia de tres nucleótidos de ADN o ARN que corresponde a un aminoácido específico– para codificar la síntesis de proteínas.
Sin embargo, existen 64 tripletes distintos y hay solamente 20 aminoácidos canónicos o naturales diferentes, por lo que codones diferentes determinan el mismo aminoácido. A esto se le llama degeneración del código genético.
Los expertos consideran que eliminar ciertos codones y los ARN de transferencia que los leen del genoma, y sustituirlos por aminoácidos ncAA, puede permitir la creación de células sintéticas con propiedades que no se encuentran en la biología, como potentes resistencias virales y una mayor biosíntesis de nuevas proteínas.
No obstante, aunque se han codificado genéticamente cientos de ncAA diferentes en diversos ámbitos de la vida, hasta ahora el enfoque se había limitado en gran medida a la incorporación de un único aminoácido no canónico en un péptido.
Bacterias imbatibles a las infecciones virales
El nuevo trabajo de Science demuestra cómo es posible la incorporación específica de múltiples ncAAs distintos en proteínas utilizando una cepa sintética de E. coli. Así, equipo liderado por Jason Chin eliminó los ARN de transferencia y el factor de liberación 1 y creó células de esta bacteria que no leen varios codones.
Por ello, como los virus dependen de la capacidad de la célula huésped para leer todos los codones del genoma viral para reproducirse, las células de E. coli modificadas se volvieron completamente resistentes a una amplia variedad de virus.
La reprogramación del código genético de esta bacteria crea una barrera lingüística que impide a los virus secuestrar la maquinaria celular para multiplicarse. Las bacterias resistentes a los virus nos pueden ayudar a producir biofármacos de forma más barata y fiable
Los especialistas de Cambridge reasignaron cada uno de estos codones a tres ncAA distintos y demostraron que “la síntesis eficiente de proteínas de diseño es, efectivamente, posible”.
“La reprogramación del código genético de esta bacteria crea una barrera lingüística que impide a los virus secuestrar la maquinaria celular para multiplicarse. Las bacterias resistentes a los virus nos pueden ayudar a producir biofármacos de forma más barata y fiable”, explica a SINC Daniel de la Torre, investigador español que trabaja con Chin.
“Al mismo tiempo, los espacios que quedan libres en el código genético se pueden reutilizar para codificar ´bloques de construcción´ que no se encuentran en la naturaleza. Podríamos convertir estas bacterias en fábricas renovables para producir nuevas clases de polímeros y desarrollar nuevos tipos de medicinas y materiales, como nuevos bioplásticos biodegradables. Esto nos puede ayudar a construir una bioeconomía circular”, concluye De la Torre.
Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis
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Designing bacterial superpowers
Biological systems read all 64 triplet codons in DNA to encode the synthesis of proteins composed of 20 canonical amino acids. Robertson et al. created cells that do not read several codons and showed that this confers complete resistance to viruses, which normally rely on the host cell's ability to read all the codons in the viral genome to reproduce (see the Perspective by Jewel and Chatterjee). The authors reassigned each codon to several noncanonical amino acids (ncAAs). This advance enables the efficient synthesis of proteins containing three distinct ncAAs and the encoded synthesis of entirely noncanonical polymers and macrocycles.
Science, abg3029, this issue p. 1057; see also abi9892, p. 1040
Abstract
It is widely hypothesized that removing cellular transfer RNAs (tRNAs)—making their cognate codons unreadable—might create a genetic firewall to viral infection and enable sense codon reassignment. However, it has been impossible to test these hypotheses. In this work, following synonymous codon compression and laboratory evolution in Escherichia coli, we deleted the tRNAs and release factor 1, which normally decode two sense codons and a stop codon; the resulting cells could not read the canonical genetic code and were completely resistant to a cocktail of viruses. We reassigned these codons to enable the efficient synthesis of proteins containing three distinct noncanonical amino acids. Notably, we demonstrate the facile reprogramming of our cells for the encoded translation of diverse noncanonical heteropolymers and macrocycles.
This is an article distributed under the terms of the Science Journals Default License.
Referencias:
W.E. Robertson et al.: Sense codon reassignment enables viral resistance and encoded polymer synthesis. Science DOI: https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abg3029
D. Jewel; A. Chatterjee. Expanding the genetic code. Science DOI: https://science.sciencemag.org/cgi/doi/10.1126/science.abi9892
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