Superbiałka niczym „superbakterie”, cząsteczki wirusopodobne, drożdże, które pożerają plastik i lipidy jako cząsteczki sygnałowe – o polskich badaniach łączących biologię molekularną, inżynierię genetyczną i bioinformatykę piszemy w najnowszym numerze „Forum Akademickiego”.
Biologia syntetyczna to dynamicznie rozwijająca się dziedzina nauk biologicznych, łącząca biologię molekularną, inżynierię genetyczną i bioinformatykę. Jej celem jest projektowanie i tworzenie sztucznych systemów biologicznych, które byłyby wzorowane na naturalnych. W najnowszym numerze „Forum Akademickiego” przyglądamy się badaniom z zakresu biologii syntetycznej prowadzonym w kilku polskich laboratoriach.
Superbiałka jak „superbakterie”?
Prof. Wojciech Rypniewski z Instytutu Chemii Bioorganicznej PAN zastanawia się, czy można zbudować białko, które łączyłoby najlepsze cechy różnych ekstremofilnych białek, byłoby termostabilne i jednocześnie wydajne enzymatycznie, jak białka zimnolubne. Zwraca uwagę, że elementy struktury, które nadają białku te różne właściwości, niekoniecznie nakładają się na siebie w strukturze białka. Zatem czy można by je połączyć w syntetycznym białku? Badacz podkreśla, że byłaby to kombinacja niewystępująca w naturze, ale z pewnością pożyteczna dla człowieka, na przykład w przemysłowej obróbce biomateriałów.
Nie jest to łatwe, gdyż białka są bardzo delikatnie zbalansowanymi strukturami, jak domki z kart, i ingerencja w ich natywną strukturę zamiast spodziewanego efektu najczęściej skutkuje zmianami na niekorzyść. Zazwyczaj, gdy mamy do czynienia z delikatnym, skomplikowanym mechanizmem, najłatwiej jest coś zepsuć. Zamiast enzymu na życzenie, można otrzymać cząsteczkę niestabilną, nierozpuszczalną, nienadającą się do pomiarów. Jednak niektóre enzymy, wydają się bardziej obiecującymi obiektami badań, ze względu na ich „modułową” strukturę – czytamy w tekście.
Wyroby „wirusopodobne”
Paulina Borkowska i dr hab. Remigiusz Worch z Instytutu Biologii Doświadczalnej im. Marcelego Nenckiego PAN w Warszawie badają cząsteczki wirusopodobne. Do ich wytwarzania wykorzystuje się np. rośliny. Opisując ten proces, autorzy tłumaczą, że poprzez przejściowe wbudowanie materiału genetycznego z plazmidu bakteryjnego do genomu rośliny (na etapie jej wzrostu), wytwarza ona wirusowe białko. Okazuje się, że cząstki wirusopodobne są pomocne nie tylko w badaniach naukowych.
Mają na swojej powierzchni białka wirusowe, które są najczęściej elementami, przeciwko którym powstaje reakcja immunologiczna, a jednocześnie pozbawione są „złej informacji”, czyli materiału genetycznego. Dzięki temu świetnie się sprawdzają jako potencjalne szczepionki. Pierwszą na rynku dostępną szczepionką zawierającą cząstki wirusopodobne była szczepionka przeciwko wirusowemu zapaleniu typu B – przypominają w artykule.
Drożdże pożeraczami plastiku
Dr Aleksandra Mirończuk z Uniwersytetu Przyrodniczego we Wrocławiu pisząc o możliwościach zastosowania biologii syntetycznej, odwołuje się do swoich badań, w których połączyła sztuczne geny z hybrydowym promotorem aktywnym w drożdżach Y. lipolytica, a następnie takie konstrukty umieściła w genomowym DNA drożdży. Ponadto, aby wyprodukowane obce białko mogło opuścić komórkę, dodano do niego krótkie sekwencje sygnalne, kierujące je na zewnątrz. Co więcej, mikrobiologiczne fabryki drożdżowe zostały pozbawione możliwości zniszczenia wyprodukowanych białek, gdyż naukowcy usunęli w nich wcześniej zewnątrzkomórkowe proteazy.
Dzięki tym wszystkim zaplanowanym zabiegom zmieniliśmy metabolizm komórki w taki sposób, by kutynaza oraz PETaza były wydzielane do środowiska zewnętrznego w bardzo dużej ilości. Taki zabieg spowodował, że drożdże bez przerwy produkują enzymy, które mogą rozkładać tworzywa sztuczne, takie jak PCL (biodegradowalny plastik) albo PET (niebiodegradowalny plastik). Dzięki temu dodane do hodowli mikroorganizmów fragmenty folii czy proszku PET ulegały rozkładowi bez konieczności stosowania dodatkowych procesów, takich jak oczyszczanie białka, wstępnej obróbki plastiku czy wysokiej temperatury. Niezwykłość całego procesu polega na tym, że udało się przeprowadzić rozkład PET już w temperaturze 28 stopni Celsjusza, znacznie niższej od temperatury 70 stopni Celsjusza wymaganej przy zastosowaniu oczyszczonych enzymów – podkreśla autorka.
Lipidy jako cząsteczki sygnałowe
Dr hab. Aleksander Czogalla z Uniwersytetu Wrocławskiego zaznacza, że wyniki jego badań pozwalają na wypełnienie szeregu luk występujących w obrazie funkcjonowania komórkowych szlaków sygnałowych. Jedną z takich zagadek jest ogromna liczba zidentyfikowanych dotychczas partnerów białkowych wiążących daną klasę lipidów sygnałowych w komórkach różnych organizmów.
Chociaż pojawienie się danego lipidu w konkretnej lokalizacji w komórce jest niezbędne do uruchomienia poszczególnych procesów sygnałowania, to jednak to, czy dany proces zostanie uruchomiony i w jaki sposób będzie przebiegał, zależy w dużym stopniu od kontekstu molekularnego, w którym prezentowany jest ten lipid. Odkrycia te niosą ze sobą bardzo istotny walor poznawczy, ale także rzucają nowe światło na metodykę identyfikacji molekuł i procesów fizjologicznych przy poszukiwaniach nowych celów terapeutycznych – zwraca uwagę badacz z UWr.
Wszystkie artykuły można przeczytać w lipcowo-sierpniowym numerze „Forum Akademickiego”.
MK