Sintetizzare proteine con un codice ridotto

Introduzione

Un gruppo di ricercatori del MRC Laboratory of Molecular Biology di Cambridge ha pubblicato su “Nature”, uno studio riguardante un ceppo di Escherichia coli geneticamente modificato in grado di produrre tutte le proteine di cui ha bisogno, ma usando per la loro sintesi un codice di istruzione ridotto rispetto a quello naturale.

Scopo della ricerca

E. coli è stato modificato geneticamente in modo da poter assemblare in proteine tutti e venti gli aminoacidi consueti, ma usando una versione ridotta del normale codice genetico. Lo studio apre la strada alla progettazione di batteri sintetici in grado di produrre sostanze che non è possibile ottenere dalla biosintesi a partire da microrganismi allo stato naturale.

Il codice genetico è composto da quattro basi chimiche:

  • adenina (A);
  • timina (T);
  • guanina (G);
  • citosina (C).

Nel DNA queste lettere si presentano in gruppi di tre, detti codoni, ognuno dei quali corrisponde all’indicazione di aggiungere un determinato aminoacido nella costruzione di una proteina, oppure di terminare la sintesi (codone di stop).

Figura 1 – Schematizzazione della sintesi proteica

Vengono utilizzati 64 codoni per la sintesi delle proteine con i 20 aminoacidi. Questo implica che ci sono numerosi codoni (detti codoni sinonimi) che, pur essendo differenti, codificano uno stesso aminoacido.

Ma il genoma può essere riscritto con un numero ridotto di codoni?

Questa è la domanda che si pongono i biologi, in tal modo i codoni, in più, così “liberati” (cioè non più usati per codificare qualcuno dei 20 aminoacidi canonici) potrebbero essere usati per codificare altri aminoacidi, differenti dai quei 20. Ciò permetterebbe la produzione di farmaci o biosimilari.

Cosa dicono gli studi?

Studi precedenti avevano evidenziato l’impossibilità di sostituire un codone con un suo sinonimo senza rischiare di provocare danni all’organismo. Questi studi hanno però identificato alcuni “schemi di sostituzione” fra codoni sinonimi, schemi che finora erano stati usati per intervenire solo su pochi frammenti isolati di DNA.

Invece, la ricerca in analisi ha evidenziato che è possibile sostituire alcuni codoni con un loro sinonimo in modo uniforme in tutto il genoma. In particolare, Julius Fredens e colleghi sono riusciti a creare un ceppo di E. coli che usa solamente 61 codoni per codificare i 20 amminoacidi e in cui è stato ricodificato anche uno dei tre codoni di stop. 

Il progetto, ideato come detto con l’obbiettivo di ridurre il genoma, può essere utilizzato come esempio per future sintesi genetiche. Future ricerche potranno essere improntate a caratterizzare ulteriormente le conseguenze della compromissione dei sinonimi e analizzeranno schemi di ricodifica aggiuntivi. Studieranno inoltre fino a che punto il loro approccio consenta la riassegnazione dei codoni sensoriali per la sintesi dei biopolimeri non canonici.

Bibliografia

  • Julius Fredens1,4, Kaihang Wang1,2,4, Daniel de la Torre1,4, Louise F. H. Funke1,4, Wesley E. Robertson1,4, Yonka Christova1, Tiongsun Chia1, Wolfgang H. Schmied1, Daniel L. Dunkelmann1, Václav Beránek1, Chayasith Uttamapinant1,3, Andres Gonzalez Llamazares1, Thomas S. Elliott1 & Jason W. Chin1*. Total synthesis of Escherichia coli with a recorded genome. Nature Research 569(7757):514-518

Informazioni su Emanuele Pio Napolitano 6 Articoli
Laureato in Scienze Biologiche,  fin dai tempi dell’università sono stato appassionato di microbiologia, epidemiologia e nella ricerca di articoli scientifici.

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