В прошлое десятилетие миллиарды долларов были потрачены на технологию, которая может быстро и недорого прочитать и написать ДНК, чтобы синтезировать и управлять полипептидами и белками.Та технология, однако, спотыкается, когда она сталкивается с повторяющимся генетическим рецептом. Это включает много естественных и синтетических материалов, используемых для диапазона заявлений от биологических пластырей до синтетического шелка. Как кто-то борющийся с «невозможной» мозаикой, синтезаторы испытывают затруднения при определении, какая генетическая часть идет где, когда многие стандартные блоки выглядят одинаково.
Ученые из Университета Дюка удалили это препятствие, разработав компьютерную программу в свободном доступе на основе проблемы математики «коммивояжера». Синтетические биологи могут теперь найти, что наименьшее количество – повторяющийся генетический код строит молекулу, которую они хотят изучить. Исследователи говорят, что их программа позволит тем с ограниченными ресурсами или экспертными знаниями легко исследовать синтетические биоматериалы, которые были однажды доступны только небольшой части области.
Результаты появляются по своей природе Материалы 4 января 2016.«Синтезирование и работа с очень повторяющимися полипептидами – очень сложный и утомительный процесс, который долго был барьером для входа в область», сказал Асутос Килькоти, профессор Тео Пилкингтона Биоинженерии и председатель отдела биоинженерии в Герцоге. «Но с помощью нашего нового инструмента, что раньше занимало месяцы исследователей работы, может теперь быть заказан онлайн любым приблизительно за 100$ и генами, полученными через несколько недель, делая повторяющиеся полипептиды намного легче учиться».
Каждый белок и полипептид основаны на упорядочивании двух или больше аминокислот. Генетический рецепт для отдельной аминокислоты – звонил, кодон – является тремя письмами от ДНК долго. Но у природы есть 61 кодон, которые производят 20 аминокислот, означая, что есть многократные кодоны, которые приводят к данной аминокислоте.
Поскольку синтетические биологи могут получить ту же самую аминокислоту от многократных кодонов, они могут избежать неприятных повторений ДНК, обменявшись в различных кодонах, которые достигают того же самого эффекта. Проблема находит наименее повторяющийся генетический код, который все еще делает желаемый полипептид или белок.«Я всегда думал, что было потенциальное решение, что должен быть способ математического понимания его», сказал Килькоти. «Я предложил эту проблему аспирантам прежде, но никто не хотел заняться ею, потому что она требует конкретной комбинации математики высокого уровня, информатики и молекулярной биологии. Но Николас Тан был правильным парнем».
После изучения проблемы подробно, Николас Тан, докторант в лаборатории Килькоти, обнаружил, что решение – версия проблемы математики «коммивояжера». Классический вопрос, учитывая карту с рядом городов, чтобы посетить, что самый короткий маршрут возможен, который поражает каждый город, точно однажды возвращающийся в оригинальный город?После написания алгоритма Тан проверил его. Он создал подробный перечень 19 популярных повторяющихся полипептидов, которые в настоящее время изучаются в лабораториях во всем мире.
После прохождения кодексов через программу он послал их для синтеза коммерческим оборудованием биотехнологии – задача, которая будет невозможна для любого из оригинальных кодексов.Без помощи коммерческой технологии исследователи проводят месяцы, строя ДНК что использование клеток, чтобы произвести изучаемые белки. Это – утомительная, повторяющаяся задача – не самая привлекательная перспектива для молодого аспиранта.
Но если бы новая программа работала, процесс мог бы быть уменьшен до нескольких недель ожидания машин, чтобы поставить товары вместо этого.Когда Сильный запах получил его ДНК, каждый из них был введен в живые клетки, чтобы произвести желаемый полипептид, как надеялся.«Он сделал 19 различных полимеров из области в одном выстреле», сказал Килькоти. «Что, вероятно, заняло десятки лет исследователей, чтобы создать, он смог воспроизвести в единственной газете в течение недель».Килькоти и Тан теперь работают, чтобы сделать новую компьютерную программу доступной онлайн для кого-либо, чтобы использовать через простую веб-форму, открывая новую область синтетической биологии для всех, чтобы исследовать.
«Этот прогресс действительно демократизирует область синтетической биологии и выравнивает игровую площадку», сказал Тан. «Прежде, у Вас должно было быть много экспертных знаний и терпения работать с повторяющимися последовательностями, но теперь любой может просто заказать им онлайн. Мы думаем, что это могло действительно раскрыть узкое место, которое удержало позиции назад и надо надеяться принимает на работу больше людей в область».