Автоматизированная настольная машина быстрого синтеза белка может ускорить разработку лекарств

Химики из Массачусетского технологического института разработали протокол для быстрого производства белковых цепей длиной до 164 аминокислот. Потоковая технология может ускорить разработку лекарств и позволить ученым разработать новые варианты белков, включающие аминокислоты, которые не встречаются в клетках в естественных условиях. Исследовательская группа называет автоматическую настольную машину «Амидатор».

Многие белки полезны в качестве лекарств от таких расстройств, как диабет, рак и артрит. Синтез искусственных версий этих белков — трудоемкий процесс, который требует генной инженерии микробов или других клеток для производства желаемого белка.

Настольная автоматизированная машина для синтеза потоков может соединить сотни аминокислот, строительных блоков белков, в течение нескольких часов. Исследователи полагают, что их новая технология может ускорить производство лекарств по требованию и разработку новых лекарств, и позволит ученым создавать искусственные белки, добавляя аминокислоты, которых нет в клетках.

«Вы могли бы разработать новые варианты, которые имеют превосходную биологическую функцию, благодаря использованию неприродных аминокислот или специальных модификаций, которые невозможны, когда вы используете природный аппарат для производства белков», — говорит Брэд Пентелюте, доцент кафедры химии в MIT и старший автор исследования.

В статье, опубликованной в журнале Science, исследователи показали, что они могут химически продуцировать несколько белковых цепочек длиной до 164 аминокислот, включая ферменты и факторы роста. Для нескольких из этих синтетических белков они провели подробный анализ, показывающий, что их функции сопоставимы с их функциями, встречающимися в природе.

Ведущими авторами статьи являются бывший постдок MIT Нина Хартрампф, которая в настоящее время является доцентом в Цюрихском университете, аспирант MIT Азин Саэби и бывший технический специалист MIT Маккензи Поскус.

Быстрое производство

Большинство белков в организме человека содержат до 400 аминокислот. Синтез большого количества этих белков требует доставки генов желаемых белков в клетки, которые действуют как живые фабрики. Этот процесс используется для программирования бактериальных или дрожжевых клеток для производства инсулина и других лекарств, таких как гормоны роста.

«Это трудоемкий процесс», — говорит Томас Нильсен, глава исследовательской химии в Novo Nordisk, который также является автором исследования. «Во-первых, вам нужен доступный ген, и вы должны знать кое-что о клеточной биологии организма, чтобы вы могли сконструировать экспрессию своего белка».

Альтернативный подход к производству белка, впервые предложенный в 1960-х годах Брюсом Меррифилдом, которому позже была присуждена Нобелевская премия по химии за работу по твердофазному синтезу пептидов, заключается в химическом соединении аминокислот в ступенчатом порядке. Есть 20 аминокислот, которые живые клетки используют для построения белков, а также с использованием методов, разработанных в рамках Merrifield, она занимает около часа , чтобы выполнить химические реакции, необходимые для добавления одной аминокислоты к пептидной цепи.

В последние годы лаборатория Пентелюте изобрела более быстрый метод для выполнения этих реакций, основанный на технологии, известной как химия потока. В их машине химические вещества смешиваются с помощью механических насосов и клапанов, и на каждом этапе общего синтеза они проходят цикл через нагретый реактор, содержащий слой смолы. В оптимизированном протоколе формирование каждой пептидной связи занимает в среднем 2,5 минуты, а пептиды длиной до 25 аминокислот могут быть собраны менее чем за час.

Источник

Метки: белок