Neste estudo, os pesquisadores se concentraram na para-nitro-L-fenilalanina (pN-Phe), um aminoácido não padrão que não é um dos vinte aminoácidos padrão nem foi observado na natureza. O pN-Phe tem sido usado por outros grupos de pesquisa para ajudar o sistema imunológico a responder a proteínas às quais normalmente não responde.
“O grupo funcional nitro químico tem propriedades valiosas e tem sido pouco explorado por pessoas que estão tentando religar o metabolismo”, disse Kunjapur. “pN-Phe também tem uma boa história na literatura – pode ser adicionado a uma proteína de um camundongo, entregue de volta aos camundongos, e o sistema imunológico não tolerará mais a versão original dessa proteína. Essa capacidade é promissora para o tratamento ou prevenção de doenças causadas por proteínas desonestas que o sistema imunológico luta para bloquear.”
Os métodos de expansão do código genético permitiram aos pesquisadores aumentar o “alfabeto” dos aminoácidos disponíveis codificados pelo DNA. Ao combinar técnicas de engenharia metabólica com expansão do código genético, os pesquisadores conseguiram criar um sistema que produz proteínas nitradas de forma autônoma.
“Devido à química do grupo funcional nitro, o aminoácido que escolhemos como nosso alvo para este projeto não era convencional, e muitos cientistas em nosso campo podem não esperar que ele pudesse ser feito usando a biossíntese”, disse Kunjapur.
O próximo passo dessa pesquisa é otimizar seus métodos para sintetizar maiores quantidades de proteínas nitradas e expandir esse trabalho para outros microrganismos. O objetivo de longo prazo é refinar ainda mais essa plataforma para aplicações relacionadas a vacinas ou imunoterapias, esforços que são apoiados pelo Prêmio AIChE Langer de 2021 de Kunjapur e pelo Prêmio Novo Inovador do Diretor dos Institutos Nacionais de Saúde de 2022. Para apoiar ainda mais esse objetivo de longo prazo, Kunjapur e Neil Butler, candidato a doutorado e primeiro autor deste artigo, cofundaram a Nitro Biosciences.
“Acho que as implicações são interessantes, pois você pode pegar o metabolismo central de uma bactéria, sua capacidade de produzir diferentes compostos e, com algumas modificações, expandir seu repertório químico”, disse Butler. “A funcionalidade nitro é rara na biologia e ausente nos 20 aminoácidos padrão, mas mostramos que o metabolismo bacteriano é maleável o suficiente para que possa ser reconectado para criar e integrar essa funcionalidade”.
Kunjapur acrescentou: “As bactérias são veículos de entrega de drogas potencialmente úteis. Achamos que criamos uma ferramenta que pode alavancar a capacidade das bactérias de produzir antígenos-alvo dentro do corpo e explorar a capacidade da nitração de iluminar esses antígenos ao mesmo tempo .”
A lista completa de coautores inclui Neil Butler, Sabyasachi Sen, Lucas Brown, Minwei Lin e Aditya Kunjapur, da Universidade de Delaware. Esta pesquisa foi apoiada por uma bolsa da National Science Foundation (CBET 2032243).