Działania na rzecz sztucznej bioróżnorodności
Złożoność organizmów żywych nie współgra z ich składem chemicznym, który jest relatywnie prosty. Poznanie mechanizmów biogenezy DNA zainspirowało naukowców do opracowania metod inżynierii żywych układów. Inżynieria genetyczna okazała się wspaniałym narzędziem, umożliwiającym współczesnym biologom wytworzenie niemal każdej substancji do zastosowań w medycynie lub przemyśle. Uczestnicy finansowanego przez UE projektu METACODE(odnośnik otworzy się w nowym oknie) (Code-engineered new-to-nature microbial cell factories for novel and safety enhanced bio-production) skorzystali z inżynierii genetycznej mikroorganizmów, aby wytwarzać produkty przeciwbakteryjne na bazie peptydów. W tym celu stosowali innowacyjne metody chemii bioortogonalnej oraz paralelną inżynierię kodu genetycznego szczepów drobnoustrojów. Ostatecznym celem było wytworzenie molekuł, które można byłoby dostosować do różnych procesów produkcyjnych na bazie fermentacji. Badacze wykorzystali również technologię biotyny-streptawidyny, aby uzyskać sztuczny metaloenzym metatazę do katalizowania metatezy olefin. Jest to ważna reakcja organometaliczna, której nie katalizują naturalne enzymy. Uzyskany na drodze ewolucyjnej enzym metataza ma abiotyczny kofaktor w rusztowaniu białkowym (tj. kompleks ruten–białko), który umożliwia katalizę metatezy olefin przy różnych substratach w periplazmie pałeczki Escherichia coli. Ponadto udało się wytworzyć metodami inżynieryjnymi syntetazę tRNA aktywującą aminokwas odpowiedni do metatezy, aby go wbudowywać w rekombinowane białka. Dzięki nowemu spojrzeniu na możliwości metaboliczne Escherichia coli naukowcy z powodzeniem uzyskali samoistną syntezę tych elementów budulcowych w komórkach tego drobnoustroju. Było to możliwe dzięki przypisaniu niektórych kodonów kodu genetycznego sztucznym aminokwasom. Klony bakteryjne projektu METACODE, uzyskane dzięki inżynierii genetycznej, stanowią żywe fabryki do przeprowadzania katalizowanej enzymatycznie metatezy, niewystępującej w żywych organizmach. Mogą one służyć jako platforma do produkcji innowacyjnych, białkowych produktów przeciwbakteryjnych. W projekcie wykazano, że możliwa jest ewolucja syntetyczna komórek i że mogą one zostać wykorzystane jako bezpieczne układy biologiczne. Patrz okładka wewnętrzna: ewolucja chemiczna proteomu bakteryjnego(odnośnik otworzy się w nowym oknie). Udało się też wykazać, że kompleks ruten-białko, który katalizuje metatezę olefin, ważną reakcję organometaliczną bez odpowiednika w przyrodzie enzymy, ma zastosowanie w laboratorium. Możliwość tę wykazano dzięki unikalnemu systemowi badań przesiewowych w obrębie metakodu, opracowanemu w projekcie. Kierowana ewolucja sztucznych metaloenzymów do metatezy in vivo(odnośnik otworzy się w nowym oknie).
