באמצעות הרחבת תפקודו של הצופן הגנטי המדענים הגרמנים הצליחו לאלץ תאי חיידקים להפיק חלבונים מותאמים לפי דרישה הכוללים בתוכם קבוצות פונקציונאליות סינתטיות
חלבונים מהווים את הביו-המולקולות התפקודיות החשובות ביותר במחקרים מדעיים בתחומי מדעי החיים, הביוטכנולוגיה והרפואה. בעקבות כך, נשאלת השאלה כיצד ניתן לשנות את החלבונים הללו באופן היעיל ביותר על-מנת לקבל תכונות נדרשות מסוימות? בעבר, שינויים אלו נעשו בדר”כ באופן כימי או באמצעות הנדסה גנטית. צוות המחקר של פרופסור Arne Skerra מהמחלקה לכימיה ביולוגית באוניברסיטה הטכנית של מינכן (TUM) פיתח כעת פתרון משולב אלגנטי ביותר: באמצעות הרחבת תפקודו של הצופן הגנטי המדענים הצליחו לאלץ תאי חיידקים להפיק חלבונים מותאמים לפי דרישה הכוללים בתוכם קבוצות פונקציונאליות סינתטיות. בכדי לבחון את יעילות הרעיון שלהם, המדענים ניסו להבקיע מחסום מאתגר במיוחד: הכנסת חומצת אמינו לא-טבעית למיקום מוגדר בתוך חלבון טבעי, שבו נעשה שימוש רווח כיום. בתחום של מחקרים ביולוגיים חלבון זה מוכר בשם “GFP” (green fluorescent protein = חלבון זוהר ירוק, המונח בוויקיפדיה). חלבון זה פולט אור ירוק בהיר ומקורו במדוזה המשתמשת בו בכדי להאיר את עצמה בחשכת מעמקי הים. הצוות בחר בצבען קומרין (חומר כימי המשמש כחומר טעם ובתעשיית הבשמים) שמקורו בפרח לבנדר כקבוצה הסינתטית המשמשת כשרשרת הצד של חומצת אמינו לא-טבעית. המדענים “הזינו” בחומצת אמינו זו תרבית של החיידק אשריכיה קולי – “סוס העבודה” המיקרואורגניזמי של ההנדסה הגנטית, ואשר זנים קרובים אליו מצויים גם במעיים של האדם. מאחר וצוות המחקר העביר את התוכנית הגנטית שעברה הנדוס לחיידק – לרבות יכולות הביו-סינתזה החיוניות שלו– חומצת האמינו של הקומרין השתלבה במיקום מוגדר מאוד בחלבון הזוהר. מיקום מוגדר זה בחלבון נבחר בקפידה, מסביר החוקר הראשי: “מיקמנו את חומצת האמינו הסינתטית במרחק קרוב מאוד למרכז הזוהר של החלבון הטבעי.” הם קבעו את המרחק שבין הצבען הכימי שעבר שינוי לבין הצבען הביולוגי הכחול-ירוק של חלבון המדוזה הטבעי באופן כזה שיחסי הגומלין שבין שני הצבענים הובילו לקבלת מולקולה ממוזגת זוהרת מסוג חדש לחלוטין. בעקבות הסמיכות המרובה בין שתי הקבוצות הכימיות הזוהרות לא ניתן יותר היה לזהות את צבע הלבנדר הבהיר של חומצת האמינו הסינתטית; במקום זאת, הצבע הכחול-ירוק הטיפוסי של החלבון הזוהר הוא ששלט. “הדבר המיוחד במקרה שלנו, ואשר שונה מהחלבון הטבעי (GFP), הוא בכך שתודות לחומצת האמינו הסינתטית שהוכנסה אליו, ניתן ליזום את הפלואורסצנטיות באמצעות נורת אור מסחרית רגילה במקום באמצעות ציוד לייזר מיוחד ויקר,” מסביר אחד מהחוקרים השותפים לעבודה. לדבריו של החוקר הראשי, עקרון התכנון של ביו-המולקולה החדשנית, המאופיין ע”י פער אורכי-גל רחב במיוחד ומאתגר להשגה בין האור הנפלט לאור העִירוּר (excitation), אמור לקדם את המדע לעבר פיתוח מספר יישומים מרתקים. “הדגמנו כעת כי הטכנולוגיה שלנו פועלת כהלכה. האסטרטגיה שלנו תאפשר הכנה של חלבונים זוהרים לפי דרישה במגוון צבעים עבור שפע מטרות עתידיות.”
