Ibis czubaty (Nipponia nippon) był dawniej w Azji pospolity - spotykano go nawet na rosyjskim Dalekim Wschodzie i Tajwanie. Obecnie należy do gatunków ginących, występuje już tylko w trzech prowincjach Chin oraz na wyspie Sado w Japonii.

Rzadki czy pospolity, wydawałoby się, że ibis czubaty to po prostu jeden z wielu dużych białych ptaków. Jednak przy okazji analizy jego genomu i porównywania go z genomami innych gatunków naukowcy odkryli gen odpowiedzialny za wytwarzanie enzymu, który pozwala produkować nietypowy aminokwas - sulfotyrozynę (sTyr), zmodyfikowaną wersję standardowego aminokwasu tyrozyny. Ibis to jedyny znany gatunek naturalnie produkujący enzym potrafiący wytwarzać sTyr.

Do wytwarzania większości białek z których zbudowane są żywe tkanki wystarcza 20 aminokwasów. Sulfotyrozyna do nich nie należy. Nie wiadomo na razie, do czego jest ibisowi potrzebna, jednak to pewne, że może funkcjonować w żywych komórkach.

Nowe badanie przeprowadzone przez Han Xiao, chemiczkę z Rice University, fizyka teoretycznego Petera Wolynesa i ich współpracowników pokazuje, że sTyr może znaleźć zastosowanie w „programowaniu” żywych komórek wytwarzających białka terapeutyczne. Może potencjalnie pozwolić komórkom służyć jako czujniki monitorujące ich środowisko i reagujące na niezbędne leczenie.

Naśladowanie zdolności ibisa do syntezy sTyr i włączania go do białek wymaga modyfikacji DNA komórki za pomocą zmutowanego kodonu, który z kolei powoduje, że enzym sulfotransferaza 1C1 jest wytwarzany przez ptaka.

Badając słuszność tej koncepcji, naukowcy z Rice University po raz pierwszy uzyskali komórki ssaków, które syntetyzują sTyr. Chodzi o komórki które wzmocniły działanie inhibitorów trombiny, antykoagulantów stosowanych w celu zapobiegania krzepnięciu krwi.

"W naturze większość białek naszego gatunku składa się z 20 kanonicznych elementów budulcowych - aminokwasów" – powiedziała Xiao. - "Jeśli chcesz dodać kolejny element konstrukcyjny, musisz pomyśleć o tym, jak to zrobić. Rozwiązaliśmy ten problem: możemy poprosić komórkę, żeby to zrobiła. Ale wtedy musimy mieć maszynerię translacyjną, aby to rozpoznać. I specjalny kodon do zakodowania tego nowego bloku budulcowego. Dzięki temu badaniu spełniliśmy wszystkie trzy wymagania".

Do tej pory naukowcy wprowadzali do komórek chemicznie zsyntetyzowane niekanoniczne aminokwasy. "Teraz, dzięki tej nowej strategii modyfikacji białek, możemy całkowicie zmienić strukturę białka i jego funkcję" – wskazała Xiao. - "W przypadku naszych modeli inhibitorów trombiny wykazaliśmy, że dodanie nienaturalnego elementu budulcowego do leku może sprawić, że lek będzie miał znacznie silniejsze działanie".

Zespół Wolynes wykorzystał AlphaFold2, program sztucznej inteligencji opracowany przez Alphabet/Google DeepMind, który przewiduje struktury białek.

Autorzy publikacji (DOI: 10.1001/jamaneurol.2022.2887 ) spodziewają się wykorzystać połączenie bioinformatyki i wzmocnionych obliczeniowo badań przesiewowych do stworzenia biblioteki biosyntetyzowanych niekanonicznych aminokwasów.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki