¿Es posible para nosotros fabricar una proteína que sea capaz de replicar cualquier otra proteína?

Si piensa en la autorreplicación (un padre que genera una hija con las mismas características). Yeap, es muy posible. Un excelente artículo sobre eso es este. Nota en ese documento que mostraron una autorreplicación de un péptido, no una proteína en sí. Si recuerda sobre la encefalopatía espongiforme bovina (enfermedad de las vacas locas), esta enfermedad es causada por una proteína mal plegada llamada prión. Hoy en día, los investigadores creen que esta proteína puede autorreplicarse (ver esta), aunque requiere un andamio (si no estoy equivocado). Entonces sí, las proteínas pueden autorreplicarse, pero no es la mejor manera de almacenar información (como ADN o ARN). Si crees que una proteína que puede sintetizar aminoácidos a partir de cero, cataliza una reacción para formar enlaces peptídicos, forma una estructura estable / inestable secundaria, terciaria y / o cuaternaria, y se autorreplica por sí misma. Es muy poco probable, en mi opinión, pero factible.

La respuesta tiene que ver primero con el hecho de que las cadenas de aminoácidos son expresiones digitales precisas de información útil que se codifican y transcriben a partir de aproximadamente el 2% del ADN (tal como lo entiendo actualmente). Hay cuatro niveles de plegamiento de cadenas de aminoácidos para producir cada proteína que necesita cada célula. Esto se logra mediante máquinas de proteína ya existentes dentro de cada célula. Una proteína teórica que podría “producir” cualquier otra proteína tendría que mantener una “biblioteca” de todas las secuencias. Sin hacer el “prototipo” real, creo que esto tomaría mucho más espacio para el ADN. Cuando se produce la transcripción de proteínas a partir de la secuencia de ARN, el aminoácido apropiado en la secuencia se agrega a la cadena. Dicha proteína teórica crearía cadenas de aminoácidos a partir de prototipos de cadenas de aminoácidos desenrolladas sin confundirse. Pero la transcripción es la parte “fácil”.

La segunda parte de la respuesta es que su cuerpo no hará funcionar las máquinas de proteína dentro de la célula. Cuando las células se diferencian en 200 algunos tipos de células, sus códigos de control en otras secciones del ADN causan la transcripción de las proteínas apropiadas para ese tipo de célula en la cantidad adecuada para las necesidades y expresión de ese tipo de célula. La comprensión de los controles celulares para ponerlo a la ligera está en la infancia de la comprensión científica. El resto del ADN fue inexplicablemente llamado “ADN basura” en el pasado. Solo en el nivel secundario, cualquier persona con mucho pensamiento puede hacer una lista de todos los procesos dentro de la celda que deben controlarse con precisión para desarrollar un ser humano, un animal o una planta en oposición al cáncer, por ejemplo, que en el sentido más simple es el crecimiento celular no controlado. La colocación de tipos de células en el lugar correcto en la relación comunitaria celular correcta dentro de un embrión no puede subestimarse. La forma en que Dios (mi humilde opinión) creó todo el proceso difícilmente puede mejorarse.

Las únicas proteínas que pueden hacer lo que describes son posiblemente priones. Los priones se replican al hacer que otras proteínas normales se replieguen en un estado de enfermedad. Sin embargo, diseñar una proteína que sea capaz de replicar específicamente otras proteínas sin transcripción y traducción actualmente no es práctica. La escala de tiempo por la que está preguntando no es realmente una preocupación en comparación con la importante necesidad de ser específico y robusto.

Pregunta encantadora! Me gustan algunos de los puntos que menciona Alex Zander. Si tuviéramos que lograr esto, tenemos que desplegar la proteína original hasta el punto en que sea posible replicar fielmente su secuencia original, pero la proteína de la fotocopiadora debe estar activa. Esto requiere que la “proteína de fotocopiadora” sea estable mientras que la proteína que se copia se desnaturaliza o se despliega. Creo que esto limita la cantidad de proteínas potenciales que pueden copiarse, ya que sería difícil encontrar combinaciones que permitan esta compatibilidad entre las propiedades de las proteínas fotocopiadas fotocopiadas.

También estaría la cuestión de la regulación. ¿Cómo programamos la fotocopiadora para que sepa cuántas copias de la proteína original que queremos? ¿Cómo combinamos este proceso para que funcione junto con otros cambios en las células? Que es donde creo que la transcripción, la traducción e incluso las modificaciones postraduccionales son importantes en el esquema actual de las cosas. Agregan puntos de control que pueden evitar saturaciones potenciales y pueden modificar la producción de proteínas para reflejar las necesidades únicas de las células en diferentes circunstancias. Supongo que tenemos mucho más que aprender sobre cómo se hacen las cosas antes de que podamos buscar con éxito formas alternativas de hacer las cosas 🙂

Teóricamente, debería ser posible. Pero no sería una ventaja. Toda la transcripción y traducción cumple funciones muy importantes en la regulación de qué cantidad de proteínas se producen dónde y cuándo. Sin esto, no podría existir una vida (compleja) tal como la conocemos. Muy posiblemente no haya vida en absoluto.

Esta regulación es lo que nos permite diferentes tipos de células existen, a pesar de que se originan de la misma (huevo fertilizado). Permite que las células respondan a estímulos externos. Cosas que son estrictamente necesarias para la vida compleja tal como la conocemos.

Hasta donde yo sé, podría no ser posible. El dogma central es que el ADN codifica ARN y luego el ARN codifica proteínas. Sin embargo, probablemente existan muchos mecanismos desconocidos que esperan ser descubiertos. Por ejemplo, las personas se sorprendieron con la transcriptiasa inversa cuando se identificó por primera vez en 1970 y los investigadores que propusieron este premio Nobel ganaron. La transcriptasa inversa permite que el ARN se codifique de nuevo en ADN.

Transcriptasa inversa – Wikipedia

Es muy probable que cualquiera que descubra el mecanismo que permite que la proteína se codifique de nuevo en el ARN logre un reconocimiento significativo de la comunidad científica, y simplificaría drásticamente muchos de los protocolos de investigación existentes en la actualidad. En cualquier caso, técnicamente, se necesita un montón de proteínas para replicar las proteínas de todos modos. El problema es que las estructuras de proteínas son mucho más variables en propiedades químicas que las de los ácidos nucleicos, lo que hace que las características de las proteínas sean inadecuadas para la estabilidad y la transmisión de información. Además, los ribosomas, la maquinaria de transcripción, habían evolucionado para reconocer las secuencias de oligonucleótidos, por lo que probablemente no reconocerían las secuencias de proteínas.

Pero suspendamos nuestras creencias por un tiempo, podría ser interesante aprovechar el sistema inmunológico de alguna manera que reconozca las proteínas y fabrique anticuerpos. Típicamente, los anticuerpos reconocen los marcadores de superficie de las proteínas. Tal vez podamos tratar de diseñar las producciones de anticuerpos para reconocer toda la estructura de la proteína. Entonces tenemos que descubrir cómo traducir el reconocimiento del objetivo del anticuerpo en ARN o de alguna manera. Tal vez exista un mecanismo viral que hace esto, a la espera de ser revelado por algún científico persistente.

Las únicas proteínas que pueden hacer lo que describes son posiblemente priones. Los priones se replican al hacer que otras proteínas normales se replieguen en un estado de enfermedad. Sin embargo, diseñar una proteína que sea capaz de replicar específicamente otras proteínas sin transcripción y traducción actualmente no es práctica. La escala de tiempo por la que está preguntando no es realmente una preocupación en comparación con la importante necesidad de ser específico y robusto.

No entiendo muy bien lo que me estás preguntando, pero cada vez que se elabora una proteína debe pasar por esos procesos.