DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08501-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39910296
تاريخ النشر: 2025-02-05
المؤلف: Michael W. Grome وآخرون
الموضوع الرئيسي: آليات تخليق RNA والبروتين
نقاش
في هذه الدراسة، يقدم المؤلفون أوكر، وهو كائن مُعاد ترميزه جينياً (GRO) يقوم بنجاح بضغط وظائف الكودونات الزائدة إلى كودون واحد، مما يحرر كودونين أساسيين للتوقف لإعادة التعيين. على وجه التحديد، قاموا باستبدال 1,195 حالة من كودون التوقف TGA وهندسة عوامل الترجمة لتقليل التعرف على UGA الأصلي، مما يسمح بالإدماج الدقيق لحمضين أمينيين غير قياسيين (nsAAs) عند UAG وUGA بدقة تزيد عن 99%. يمثل هذا الإنجاز تقدماً كبيراً مقارنةً بالجهود السابقة في إعادة الترميز، التي واجهت صعوبة في القضاء على التداخل الترجمي وتحقيق جينوم يحتوي على كودون توقف غير متدهور واحد. تسلط الدراسة الضوء على أهمية فك التداخل الترجمي لتسهيل إعادة تعيين nsAA بدقة، مما يضع معياراً جديداً لتطبيقات إعادة الترميز الجيني المستقبلية.
قام المؤلفون بإنشاء سلالة مُعاد ترميزها ΔTAG/ΔTGA من خلال استهداف كودونات TGA في جينوم E. coli بشكل منهجي، باستخدام هندسة الجينوم الآلي المتعدد (MAGE) وهندسة تجميع الجينوم التزاوجي (CAGE). وقد أكدوا التحويل الناجح من TGA إلى TAA من خلال تسلسل الجينوم الكامل، مما أدى إلى سلالة تحافظ على الوظائف الأساسية بينما تتيح إعادة تعيين الكودونات. بالإضافة إلى ذلك، قاموا بهندسة عامل تحرير طافٍ (RF2) لتحقيق إنهاء محدد لـ UAA، مما يفصل بشكل فعال التداخل الترجمي لـ UGA. تشير نتائج الدراسة إلى أن النسخة المهندسة من RF2 تقلل بشكل كبير من التعرف على UGA، مما يعزز الإمكانية لإعادة تعيين الكودونات ويوسع من استخدام نظام أوكر في تطبيقات التصنيع الحيوي وعلم الأحياء الاصطناعي.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-024-08501-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/39910296
Publication Date: 2025-02-05
Author(s): Michael W. Grome et al.
Primary Topic: RNA and protein synthesis mechanisms
Discussion
In this study, the authors present Ochre, a genetically recoded organism (GRO) that successfully compresses redundant codon functionalities into a single codon, thereby liberating two essential stop codons for reassignment. Specifically, they replaced 1,195 instances of the stop codon TGA and engineered translation factors to reduce native UGA recognition, allowing for the precise incorporation of two distinct non-standard amino acids (nsAAs) at UAG and UGA with over 99% accuracy. This achievement marks a significant advancement over previous recoding efforts, which struggled to eliminate translational crosstalk and achieve a genome with a single non-degenerate stop codon. The study highlights the importance of disentangling translational crosstalk to facilitate precise nsAA reassignments, establishing a new benchmark for future genetic recoding applications.
The authors constructed a ΔTAG/ΔTGA recoded strain by systematically targeting TGA codons in the E. coli genome, utilizing multiplex automated genomic engineering (MAGE) and conjugative assembly genome engineering (CAGE). They confirmed the successful conversion of TGA to TAA through whole-genome sequencing, resulting in a strain that maintains essential functions while enabling the reassignment of codons. Additionally, they engineered a mutant release factor (RF2) to achieve UAA-specific termination, effectively decoupling UGA translational crosstalk. The study’s findings indicate that the engineered RF2 variant significantly reduces UGA recognition, thereby enhancing the potential for codon reassignment and expanding the utility of the Ochre system in biomanufacturing and synthetic biology applications.