دانشمندان کاربرد غیرمنتظره‌ای برای باکتری E. coli پیدا کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار،تیمی از محققان دانشگاه ناگویا فناوری جدیدی را توسعه داده‌اند که به طور قابل توجهی بازده پروتئین را در طول سنتز در باکتری‌های اشریشیا کلی افزایش می‌دهد. این کار در مجله RSC Chemical Biology منتشر شده است.

پروتئین‌های تولید شده توسط میکروارگانیسم‌ها به طور فزاینده‌ای در زیست‌تولید - از داروسازی و آنزیم‌های صنعتی گرفته تا آنتی‌بادی‌های تشخیصی، سوخت‌های زیستی و زیست‌پلاستیک‌ها - مورد استفاده قرار می‌گیرند. از آنجا که چنین فناوری‌هایی پتانسیل تبدیل شدن به جایگزینی سازگار با محیط زیست برای فرآیند‌های پتروشیمی را دارند، بهبود کارایی سنتز پروتئین میکروبی، حوزه کلیدی بیوتکنولوژی مدرن است.

معمولاً کاهش در راندمان سنتز پروتئین با پدیده‌ای به نام «توقف ریبوزوم» مرتبط است - زمانی که کمپلکس‌های مولکولی مسئول مونتاژ پروتئین بر اساس اطلاعات mRNA ناگهان از کار می‌افتند. در مطالعات قبلی، گروهی به رهبری دانشیار ترویو اوجیما-کاتو نشان دادند که افزودن یک توالی پپتیدی کوتاه از چهار اسید آمینه - سرین، لیزین، ایزولوسین و لیزین - به ابتدای یک پروتئین به ریبوزوم‌ها کمک می‌کند تا سنتز را ادامه دهند و راندمان ترجمه را افزایش دهند.

با استفاده از این داده‌ها، دانشمندان به همراه همکارانی از موسسه ملی علوم و فناوری پیشرفته صنعتی و دانشگاه واسدا، کتابخانه‌ای از ۱۶۰،۰۰۰ پپتید کوتاه (تتراپپتید) ایجاد کردند که نشان‌دهنده تمام ترکیبات ممکن از ۲۰ اسید آمینه است. از این مجموعه عظیم، آنها چندین "پپتید تقویت‌کننده ترجمه" جدید را که از توقف ریبوزوم جلوگیری می‌کنند، جدا کردند.

برای ارزیابی تأثیر هر یک از ۱۶۰،۰۰۰ نوع، محققان از هوش مصنوعی استفاده کردند. آنها مدل را با داده‌های تقریباً ۲۵۰ آزمایش آموزش دادند و سپس پیش‌بینی‌های آن را سه بار آزمایش کردند. الگوریتم به طور دقیق مشخص کرد که کدام توالی‌های پپتیدی به طور مؤثر سنتز پروتئین را افزایش می‌دهند و این امر امکان استفاده از هوش مصنوعی را برای طراحی منطقی پپتید‌هایی که ترجمه را تسریع می‌کنند، تأیید می‌کند.

اوجیما-کاتو خاطرنشان کرد: «ما رویکرد جدیدی را برای تولید کارآمد پروتئین‌ها با استفاده از توالی‌های پپتیدی کوتاه پیشنهاد کرده‌ایم. این فناوری، بازده آنزیم‌هایی را که نقش کلیدی در پالایش زیستی مواد خام تجدیدپذیر برای تولید سوخت‌ها و مواد شیمیایی دارند، افزایش می‌دهد. نتایج ما پایه و اساس تولید پایدار و مستقل از نفت را فراهم می‌کند.»

به گفته دانشمندان، ترکیب روش‌های زیست‌شناسی مولکولی و هوش مصنوعی، راه را برای ایجاد سیستم‌های بیوسنتزی «هوشمند» هموار می‌کند که می‌توانند به‌طور خودکار برچسب‌های پپتیدی بهینه را برای هر پروتئین هدف انتخاب کنند و تولید صنعتی مواد زیستی را سریع‌تر، ارزان‌تر و سازگارتر با محیط زیست سازند.