ومن خلال توسيع وظيفة الشفرة الوراثية، تمكن العلماء الألمان من إجبار الخلايا البكتيرية على إنتاج بروتينات مخصصة حسب الطلب تشمل مجموعات وظيفية اصطناعية.
تعتبر البروتينات من أهم الجزيئات الحيوية الوظيفية في البحث العلمي في مجالات علوم الحياة والتكنولوجيا الحيوية والطب. وبعد ذلك، يطرح السؤال، كيف يمكن تغيير هذه البروتينات بالطريقة الأكثر فعالية للحصول على بعض الخصائص المطلوبة؟ في الماضي، كانت هذه التغييرات تتم عادةً كيميائيًا أو من خلال الهندسة الوراثية. قام فريق البحث البروفيسور آرني سكيرا من قسم الكيمياء البيولوجية في جامعة ميونيخ التقنية (TUM) الآن بتطوير حل متكامل أنيق للغاية: من خلال توسيع وظيفة الشفرة الوراثية، تمكن العلماء من إجبار الخلايا البكتيرية على الإنتاج بروتينات مخصصة حسب الطلب تشمل مجموعات وظيفية اصطناعية. ومن أجل اختبار فعالية فكرتهم، حاول العلماء تجاوز حاجز صعب بشكل خاص: إدخال حمض أميني غير طبيعي في موضع محدد داخل البروتين الطبيعي، والذي يستخدم على نطاق واسع اليوم. في مجال الأبحاث البيولوجية، يُعرف هذا البروتين باسم "GFP" (بروتين الفلورسنت الأخضر المصطلح في ويكيبيديا). ينبعث هذا البروتين ضوءًا أخضر ساطعًا، وينشأ من قنديل البحر الذي يستخدمه لإضاءة نفسه في ظلمة أعماق البحر. واختار الفريق صبغة الكومارين (مادة كيميائية تستخدم كمادة منكهة وفي صناعة العطور) المشتقة من زهرة اللافندر باعتبارها المجموعة الاصطناعية المستخدمة كسلسلة جانبية لحمض أميني غير طبيعي. قام العلماء "بتغذية" هذا الحمض الأميني بمزرعة بكتيريا الإشريكية القولونية - الكائنات الحية الدقيقة "العمود الفقري" للهندسة الوراثية، والتي توجد سلالاتها القريبة أيضًا في الأمعاء البشرية. منذ أن قام فريق البحث بنقل البرنامج الوراثي الذي تم تمريره إلى البكتيريا - بما في ذلك قدراتها الحيوية في مجال التخليق الحيوي - تم دمج الحمض الأميني الكومارين في موضع محدد للغاية في البروتين المضيء. وقد تم اختيار هذا الموقع المحدد في البروتين بعناية، كما يوضح الباحث الرئيسي: "لقد وضعنا الحمض الأميني الاصطناعي على مسافة قريبة جدًا من مركز ضوء البروتين الطبيعي". لقد حددوا المسافة بين الصبغة الكيميائية المعدلة والصبغة البيولوجية الزرقاء والخضراء لبروتين قنديل البحر الطبيعي بطريقة أدت إلى أن التفاعل بين الصبغتين أدى إلى نوع جديد تمامًا من الجزيئات المندمجة المتوهجة. ونظرًا للقرب المتعدد بين المجموعتين الكيميائيتين المتوهجتين، لم يعد من الممكن التعرف على اللون الخزامي الفاتح للحمض الأميني الاصطناعي؛ وبدلاً من ذلك، كان اللون الأزرق والأخضر النموذجي للبروتين المضيء هو الذي سيطر. "الشيء المميز في حالتنا، والذي يختلف عن البروتين الطبيعي (GFP)، هو أنه بفضل الحمض الأميني الاصطناعي الذي تم إدخاله فيه، يمكن بدء التألق باستخدام مصباح كهربائي تجاري عادي بدلاً من استخدام خاص و معدات ليزر باهظة الثمن"، يوضح أحد الباحثين المشاركين في العمل. وفقًا للباحث الرئيسي، فإن مبدأ تصميم الجزيء الحيوي المبتكر، الذي يتميز بفجوة الطول الموجي الواسعة والصعبة بشكل خاص بين الضوء المنبعث وضوء الإثارة، يجب أن يدفع العلم نحو تطوير عدد من التطبيقات الرائعة. "لقد أثبتنا الآن أن تقنيتنا تعمل بشكل صحيح. وستمكن استراتيجيتنا من إعداد البروتينات المضيئة حسب الطلب في مجموعة متنوعة من الألوان للعديد من الأغراض المستقبلية."
