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[수퍼버그] 과학자들은 CRISPR을 사용하여 모든 바이러스에 무적의 새로운 '수퍼 버그'를 설계했다.

박민제 | 기사입력 2021/06/16 [11:17]

[수퍼버그] 과학자들은 CRISPR을 사용하여 모든 바이러스에 무적의 새로운 '수퍼 버그'를 설계했다.

박민제 | 입력 : 2021/06/16 [11:17]

 

기존의 삶을 마음대로 다시 프로그래밍 할 수 있습니까?

합성 생물 학자들에게 대답은 '예'입니다. 생물학의 핵심 코드는 간단합니다. 3 개의 그룹으로 이루어진 DNA 문자는 단백질을 만드는 레고 블록 인 아미노산으로 번역됩니다. 단백질은 우리 몸을 만들고 신진 대사를 조절하며 우리가 살아있는 존재로 기능하도록합니다. 맞춤형 단백질을 설계한다는 것은 종종 삶의 작은 측면을 재 설계 할 수 있음을 의미합니다. 예를 들어, 인슐린과 같은 생명을 구하는 약물을 펌핑하는 박테리아를 확보하는 것입니다.

지구상의 모든 생명체는이 규칙을 따릅니다. 64 개의 DNA 삼중 항 코드 또는 "코돈"의 조합은 20 개의 아미노산으로 번역됩니다.

하지만 기다려. 수학은 합산되지 않습니다. 64 개의 전용 코돈이 64 개의 아미노산을 만드는 이유는 무엇입니까? 그 이유는 중복입니다. 여러 개의 코돈이 종종 동일한 아미노산을 만들도록 생명이 진화했습니다.

그렇다면 모든 생명체의 중복 된 "추가"코돈을 활용하고 대신 자체 코드를 삽입하면 어떨까요?

캠브리지 대학의 한 팀이 최근에 그렇게했습니다. A의 힘이 드 기술 투어 , 그들이 사용 CRISPR를 자연 세계 어디에서나 존재하지 않는 합성 아미노산과 이상 18,000 코돈을 대체 할 수 있습니다. 그 결과 바이러스가 세포를 감염시키는 데 필요한 정상적인 단백질 "문 손잡이"가 없기 때문에 사실상 모든 바이러스 감염에 대해 사실상 내성이있는 박테리아가 생성됩니다.

그러나 그것은 엔지니어링 생활의 초능력의 시작일뿐입니다. 지금까지 과학자들은 하나의 디자이너 아미노산만을 살아있는 유기체에 넣을 수있었습니다. 이 새로운 작업은 기존의 여러 코돈을 한 번에 해킹하여 적어도 3 개의 합성 아미노산을 동시에 복사 할 수있는 기회를 제공합니다. 그리고 그것이 20 점 중 3 점이면 지구상에 존재하는 생명체를 근본적으로 재 작성하기에 충분합니다.

우리는 오랫동안 "재 할당을위한 코돈의 하위 집합을 해방하면 유전자 코드 확장 기술의 견고성과 다양성을 향상시킬 수있다"고 생각했습니다. 연구에 참여하지 않은 보스턴 대학의 Delilah Jewel과 Abhishek Chatterjee. "이 작품은 그 꿈을 우아하게 현실로 바꿔줍니다."

DNA 코드 해킹

우리의 유전 암호는 생명, 유전 및 진화의 기초가됩니다. 그러나 그것은 단백질의 도움으로 만 작동합니다.

DNA의 네 글자로 쓰여진 유전자를 실제 생명의 빌딩 블록으로 번역하는 프로그램은 완전한 세포 암호 해독 공장에 의존합니다.

DNA의 문자 (A, T, C, G)를 스풀을 감싼 주름진 긴 종이에 쓰여진 비밀 코드로 생각하십시오. 세 개의 "문자"또는 코돈 그룹이 핵심입니다. 이들은 세포가 만드는 아미노산을 암호화합니다. 일종의 스파이 인 메신저 분자 (mRNA)는 DNA 메시지를 은밀하게 복사하고 세포 세계로 몰래 들어가서 메시지를 일종의 중앙 정보 조직인 세포의 단백질 공장으로 이동시킵니다.

그곳에서 공장은 유전자 코드를 적절한 이름의 tRNA로 해독하기 위해 여러 "번역자"를 모집합니다. 문자는 3 개로 그룹화되고 각 번역기 tRNA는 물리적으로 연관된 아미노산을 하나씩 단백질 공장으로 끌어서 공장이 결국 3D 단백질로 감싸는 사슬을 만듭니다.

그러나 다른 강력한 코드와 마찬가지로 자연은 DNA- 단백질 번역 프로세스에 중복성을 프로그래밍했습니다. 예를 들어, DNA 코드 TCG, TCA, AGC 및 AGT는 모두 단일 아미노산 인 세린을 인코딩합니다. 그것이 생물학에서 작동하는 동안, 저자들은 우리가 그 코드를 이용하여 그것을 납치하고 합성 아미노산을 사용하여 삶의 방향을 바꾸면 어떨까요?

자연 코드 탈취

새로운 연구는 자연의 중복성을 세포에 새로운 기능을 도입하는 방법으로보고 있습니다.

우리에게 한 가지 질문은 "특정 아미노산을 암호화하는 데 사용되는 코돈의 수를 줄여서 다른 단량체 [아미노산]를 자유롭게 생성 할 수있는 코돈을 만들 수 있습니까?"였습니다. 주 저자 인 Dr. Jason Chin에게 물었습니다.

예를 들어, TCG가 세린을위한 것이라면, 다른 것 (TCA, AGC, AGT)을 다른 것을 위해 확보하는 것은 어떨까요?

이론적으로는 훌륭한 아이디어이지만 실제로는 정말 어려운 작업입니다. 이는 팀이 세포에 들어가 재 프로그래밍하려는 모든 코돈을 교체해야 함을 의미합니다. 몇 년 전, 같은 그룹은 실험실이자 제약 회사가 가장 좋아하는 버그 인 E. Coli 에서 가능하다는 것을 보여주었습니다 . 당시 팀은 전체 대장균 게놈을 처음부터 합성함으로써 합성 생물학에서 천문학적 도약을 이루었습니다 . 이 과정에서 그들은 또한 자연 게놈을 가지고 놀았는데, 일부 아미노산 코돈을 동의어로 대체하여 단순화했습니다. 즉, TCG를 제거하고 AGC로 대체했습니다. 변형을하더라도 박테리아는 쉽게 번성하고 번식 할 수있었습니다.

마치 아주 긴 책을 가져다가 문장의 의미를 바꾸지 않고 동의어로 대체 할 단어를 찾아내는 것과 같습니다. 편집이 박테리아의 생존을 물리적으로 해치지 않도록하는 것과 같습니다. 예를 들어, 한 가지 트릭은 "방출 인자 1"이라는 이름의 단백질을 삭제하는 것이 었는데, 이렇게하면 새로운 아미노산으로 UAG 코돈을 쉽게 재 프로그래밍 할 수 있습니다. 이전 연구에서는 이것이 진정으로 "비어있는"자연 코돈에 새로운 빌딩 블록을 할당 할 수 있음을 보여주었습니다. 즉, 어쨌든 자연스럽게 어떤 것도 인코딩하지 않습니다.

합성 생물

Chin의 팀은 이보다 훨씬 더 나아갔습니다.

팀은 REXER (프로그래밍 된 재조합을 통해 향상된 게놈 공학을위한 레 플리 콘 절제)이라는 방법을 만들었습니다. 예, 과학자들은 모두 백 크로 니어에 관한 것입니다. 여기에는 wunderkind 유전자 편집 도구 인 CRISPR-Cas9가 포함됩니다. CRISPR을 통해 그들은 테스트 튜브 내부에서 처음부터 완전히 만들어진 대장균 박테리아 게놈의 많은 부분을 정확하게 뽑아 낸 다음, 세린을 암호화하는 '추가'코돈을 동의어 코돈으로 18,000 개 이상 교체했습니다.

이 트릭은 중복 된 단백질 코드만을 표적으로 삼았 기 때문에 세포는 세린을 만드는 것을 포함하여 정상적인 업무를 수행 할 수 있었지만 이제는 여러 천연 코돈을 사용하지 않았습니다. 그것은 "hi"를 "oy"로 바꾸는 것과 같습니다. 이제 "hi"가 완전히 다른 의미를 할당받을 수있게되었습니다.

팀은 다음으로 집 청소를했습니다. 그들은 일반적으로 세포에 해를 끼치 지 않고 현재 없어진 코돈을 읽는 세포의 자연 번역기 인 tRNA를 제거했습니다. 그들은 새로운 코돈을 읽기 위해 새로운 합성 버전의 tRNA를 도입했습니다. 그런 다음 조작 된 박테리아는 시험관 내부에서 자연적으로 진화하여 더 빠르게 성장했습니다.

결과는 훌륭했습니다. 초강력 균주 인 Syn61.Δ3 (ev5)는 기본적으로 빠르게 성장하고 일반적으로 박테리아를 감염시키는 다양한 바이러스의 칵테일에 저항하는 박테리아 X-Men입니다.

"모든 생물학이 동일한 유전 코드, 동일한 64 개의 코돈 및 동일한 20 개의 아미노산을 사용하기 때문에 바이러스도 동일한 코드를 사용합니다. 바이러스를 재생산하기 위해 바이러스 단백질을 만들기 위해 세포의 기계를 사용합니다."라고 Chin은 설명했습니다. 이제 박테리아 세포는 더 이상 자연의 표준 유전자 코드를 읽을 수 없기 때문에 바이러스는 더 이상 번식을 위해 박테리아 기계에 접근 할 수 없습니다. 즉, 조작 된 세포는 이제 거의 모든 바이러스 침입자에 의해 납치되지 않습니다.

Chin은“이 박테리아는 새로운 특성을 가진 광범위한 새로운 분자를 생산하는 재생 가능하고 프로그래밍 가능한 공장으로 전환 될 수 있으며, 새로운 항생제와 같은 신약을 만드는 것을 포함하여 생명 공학과 의학에 이점을 가질 수 있습니다.

바이러스 감염은 제쳐두고,이 연구는 합성 생물학에 가능한 것을 재 작성합니다.

"이것은 무수한 응용을 가능하게 할 것입니다."완전 인공 바이오 폴리머, 즉 의학 이나 뇌-기계 인터페이스 와 같은 전체 분야를 바꿀 수있는 생물학과 호환되는 재료와 같은 Jewel and Chatterjee는 말했습니다 . 여기에서 팀은 인공 아미노산 구성 요소의 사슬을 묶어 암이나 항생제와 같은 일부 약물의 기초를 형성하는 분자 유형을 만들 수있었습니다.

그러나 아마도 가장 흥미로운 전망은 현존하는 삶을 극적으로 재 작성하는 능력 일 것입니다. 박테리아와 마찬가지로 우리와 생물권의 모든 생명체는 동일한 생물학적 암호로 작동합니다. 이 연구는 이제 우리의 자연적인 생물학적 과정을 활용하여 생명의 빌딩 블록을 구성하는 20 개의 아미노산이라는 장애물을 극복 할 수 있음을 보여줍니다.

다음으로, 팀은 더 많은 합성 단백질 구성 요소를 박테리아 세포로 인코딩하기 위해 우리의 자연적인 생물학적 코드를 잠재적으로 다시 프로그래밍하려고합니다. 그들은 또한 다른 세포로 이동할 것입니다. 예를 들어 우리의 유전 암호를 압축 할 수 있는지 확인하기 위해 포유류 같은 것입니다.

Pixabay 로부터 입수  nadya_il 님의 이미지입니다.

 
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