นักเคมีได้สร้างโมเลกุลใหม่ขึ้นมาเป็นเวลาหลายศตวรรษ แต่ส่วนใหญ่สร้างสารประกอบที่มีขนาดเล็กและง่ายต่อการจัดการ การสังเคราะห์โปรตีนเป็นความท้าทายที่น่าเกรงขาม มากเสียจนรางวัลโนเบลสาขาเคมีปี 1984 ตกเป็นของคนที่เชี่ยวชาญโปรตีนนั้นมีขนาดมหึมาเมื่อเทียบกับยาทั่วไป โปรตีนตัวเดียวอาจมีขนาดใหญ่กว่า 500 เท่าและมีความซับซ้อนเหลือเชื่อ เมื่อสร้างเสร็จแล้ว โปรตีนยังต้องบิดตัวเป็นรูปร่างสามมิติที่มีลักษณะเฉพาะ หากปราศจาก origami ทางเคมีที่แม่นยำนี้ โปรตีนก็ไม่มีประโยชน์ทางชีววิทยา (เช่นโรคซิสติกไฟโบรซิสเกิดขึ้นเมื่อโปรตีนเพียงตัวเดียวในร่างกายผิดรูป)
และเมื่อสร้างขึ้นแล้ว โปรตีนก็ไม่เสถียรเท่าที่ควร:
โปรตีนที่ร้อนหรือเย็นเกินไปจะเปลี่ยนสถานะและการทำงานของมันอย่างรุนแรง ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่ช่วยให้มนุษย์ได้รับประโยชน์จากการปรุงอาหารและการกลั่น กล่าวโดยย่อ Peter Schultz นักเคมีจากสถาบันวิจัย Scripps ใน La Jolla รัฐแคลิฟอร์เนียกล่าวว่า “การผลิตโปรตีนต้องใช้ขั้นตอนทางเคมีเป็นจำนวนมาก”
ในช่วงปี 1980 Schultz และคนอื่นๆ เริ่มผลิตโปรตีนและใส่กรดอะมิโนที่ประดิษฐ์ขึ้นด้วยมือ โปรตีนชนิดแรกเหล่านี้สร้างได้ช้ามาก ดังนั้นในช่วงปลายทศวรรษ 1990 นักวิจัยจึงเริ่มเกณฑ์แบคทีเรีย เซลล์แบคทีเรียสามารถรวมกรดอะมิโนที่ผิดธรรมชาติเข้ากับโปรตีนของตัวเองได้ แต่การทำเช่นนี้หมายถึงการแทนที่การเขียนโปรแกรมทางพันธุกรรมของเซลล์ “คุณกำลังเปลี่ยนวิธีการอ่านยีนพื้นฐานจริงๆ” ชาง หลิว นักเคมีและเพื่อนคนหนึ่งจากสถาบัน Miller for Basic Research in Science แห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย เบิร์กลีย์ กล่าว
จีโนมหรือรายการของสารพันธุกรรมที่เข้ารหัสใน DNA
ของแต่ละเซลล์ มีคู่มือแนะนำสำหรับโปรตีนแต่ละชนิด ยีนชี้นำการสร้างโปรตีนทีละขั้นตอนของเซลล์ โดยกำหนดกรดอะมิโนที่จะใช้และตำแหน่งที่จะใช้ ภาษาของ DNA พูดในฐานเคมี — adenine, guanine, cytosine และ thymine การรวมกันของสามรหัสเบสสำหรับกรดอะมิโนบางชนิด เมื่อมีความจำเป็นสำหรับโปรตีนที่ต้องทำงานบางอย่าง เช่น โปรตีนหนึ่งที่สำคัญสำหรับการเคลื่อนไหวของกล้ามเนื้อหรือการหายใจ รหัสจะถูกคัดลอกโดย RNA ซึ่งเป็นโมเลกุลน้องสาวของ DNA
RNA ถ่ายโอนรหัสเป็น “คำ” สามตัวอักษรที่เขียนด้วย adenine (A), guanine (G), cytosine (C) และ uracil (U) ซึ่งเป็นฐานแทนที่ไทมีนใน RNA ฐานทั้งสี่นี้มีชุดค่าผสมสามตัวอักษรที่เป็นไปได้ 64 ชุด ตัวอย่างเช่น UGG คือรหัสของกรดอะมิโนทริปโตเฟน UCC เป็นรหัสสำหรับซีรีน ดังนั้นลำดับ RNA ของ UGGUCC จึงหมายถึง “เชื่อมต่อทริปโตเฟน แล้วก็ซีรีน”
การเขียนรหัสพันธุกรรมใหม่สำหรับกรดอะมิโนใหม่ทำให้เกิดปัญหาพื้นฐานอย่างหนึ่ง: มีการใช้คำสามตัวอักษรทั้ง 64 คำ ดังนั้น Schultz และเพื่อนร่วมงานของเขาจึงเน้นไปที่หนึ่งในชุดค่าผสมไม่กี่ชนิดที่ไม่สอดคล้องกับกรดอะมิโน – ลำดับ UAG UAG เป็นเครื่องหมายวรรคตอนทางพันธุกรรม ในขณะที่สายการผลิตโปรตีนทำงานตาม RNA โดยการอ่านรหัส UAG หมายถึง “หยุด โปรตีนเสร็จสิ้น”
นักวิทยาศาสตร์ของ Scripps ใช้ประโยชน์จากการขาดความจำเพาะของ UAG และได้ตั้งโปรแกรมการรวมกันใหม่เพื่อให้สอดคล้องกับกรดอะมิโนใหม่ตัวหนึ่งของพวกเขา “เราไม่ได้เปลี่ยน DNA” Schultz กล่าว นักวิจัยได้ให้ความหมายใหม่แก่ DNA ที่มีอยู่
นักวิจัยได้ประกาศความสำเร็จครั้งแรกในปี 2542 โดยใช้แบคทีเรียE. coli ( SN: 6/3/00, p. 360 ) และในทศวรรษที่ผ่านมา Schultz และคนอื่นๆ ได้ใช้ UAG reprogramming เพื่อให้ได้โปรตีนเทียม ไม่เพียงแต่จากแบคทีเรีย แต่ยังรวมถึงยีสต์และเซลล์ของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมด้วย ในเดือนกุมภาพันธ์นี้ ในวารสารPLoS Oneทีมงานของ Schultz อธิบายว่าได้ให้แบคทีเรียวัณโรคยอมรับกรดอะมิโนที่ผิดธรรมชาติ ซึ่งเป็นหนึ่งในเชื้อก่อโรคที่สำคัญในมนุษย์กลุ่มแรกๆ ที่ทำเช่นนั้น ความสามารถในการจัดการกับโปรตีนของเชื้อวัณโรคอาจทำให้นักวิจัยสามารถศึกษาสิ่งมีชีวิตและพัฒนาวัคซีนใหม่ได้ดีขึ้น
การให้รางวัล UAG มีข้อ จำกัด อย่างไรก็ตาม ประการหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ยังคงสามารถเพิ่มกรดอะมิโนใหม่ได้เพียงครั้งละหนึ่งชนิดเท่านั้น อาจเพิ่มได้สองชนิด (นอกเหนือจาก UAG แล้ว อีกสองรหัสส่งสัญญาณว่า “หยุด”)
แนะนำ : เคล็ดลับต่างๆ | เว็บรวมวิธีต่างๆ How to | จัดอันดับซีรีย์ | รีวิวครีม
