ביוכימאים מייצרים חלבון חדש מאפס

חלבונים על ידי עיצוב: ביוכימאים מייצרים חלבון חדש מאפס

אין שאלה חלבונים מורכבים. הרבה הם “גדולים” כמו גם מלאים בענפים תלויים זה בזה, כיסים כמו גם כיפופים במבנה המקופל הסופי שלהם. מורכבות זו מתסכלת ביוכימאים כמו גם מהנדסי חלבון המבקשים להבין את מבנה החלבון כמו גם לתפקד בקנייה כדי לשכפל או לייצר שימושים חדשים עבור מולקולות טבעיות אלה כדי להילחם במחלות או לשימוש בתעשייה.

באמצעות סגנון כמו גם עקרונות הנדסיים שהתגלו מהטבע, פיתח צוות של ביוכימאים מאוניברסיטת פנסילבניה לרפואה – מאפס – סוג חדש לחלוטין של חלבון. חלבון זה יכול לספק חמצן, הדומה לנוירוגלובין אנושי, מולקולה שמביאה חמצן במוח כמו גם מערכת חרדה היקפית. יום אחד טכניקה זו עשויה להיות מנוצלת כדי לייצר דם מעשה ידי אדם לשימוש בשדה הקרב או על ידי אנשי מקצוע בתחום הטיפול בחירום.

“זוהי שיטה שונה למדי להכנת חלבוני ספרים משאר העולם”, קובע הסופר הבכיר פ ‘לסלי דוטון, דוקטורט, אלדרידג’ ריבס ג’ונסון פרופסור לביוכימיה כמו גם ביו -פיזיקה. “ייצרנו חלבון בסיסי באופן יוצא דופן כמו גם חלבון קטן למדי שיש לו פונקציה, שהיא להביא חמצן. אף אחד אחר לא עשה זאת מעולם. ”

“המטרה שלנו ג’רזי ברצלונה היא לעצב חלבונים חדשים מעקרונות שאנו מוצאים לימוד חלבונים טבעיים”, מתאר המחבר המשותף כריסטופר סי מוזר, דוקטורט, מנהל שותף של קרן ג’ונסון בפן. “לדוגמה, גילינו שחלבונים טבעיים מורכבים כמו גם פגיעים כמו גם כאשר אנו מייצרים חלבונים חדשים אנו רוצים שהם יהיו בסיסיים כמו גם חזקים. זו הסיבה שאיננו מהנדסים מחדש חלבון טבעי, אולם מה שמאפס אחד מאפס. ”

נכון לעכשיו, מהנדסי חלבון לוקחים פיגום ביוכימי קיים מהטבע, כמו ג’רזי פ.ס.וו. איינדהובן גם משנים אותו מעט מבחינה מבנית כדי לגרום לו לעשות משהו אחר. “מחקר זה מדגים בדיוק כיצד השתמשנו במערכת של עקרונות סגנון בסיסיים, אשר קושי את סוג הטכניקות ששימשו עד כה בשכפול תפקודי חלבון טבעיים”, קובע דוטון.

הסגנון הטבעי של חלבונים טמון בסופו של דבר ברצף הבסיסי שלהם של חומצות אמינו, תרכובות אורגניות המקשרים זה לזה לייצור חלבונים. באורגניזמים חיים, רצף זה מוכתב על ידי המידע הגנטי שהובא ב- DNA בתוך כרומוזומים. לאחר מכן מקודד מידע זה ב- RNA של Messenger, אשר מועבר מ- DNA בגרעין התא. רצף חומצות האמינו לחלבון ספציפי מגלה על ידי רצף הנוקלאוטידים ב- RNA של המסנג’ר. הקנייה של חומצות האמינו כמו גם הקשר הכימי ביניהם הם שמבססים בדיוק כיצד חלבון מתקפל לצורתו הסופית.

כדי לפתח את החלבון שלהם, צוות פן התחיל עם שלוש חומצות אמינו בלבד, מה שקודם לטור בצורת סליל. מכאן הם הקימו צרור עם ארבע עמודות עם לולאה שדומה למנורה בסיסית. הם הוסיפו heme, קבוצה כימית המכילה אטום ברזל, לקשירת מולקולות חמצן. כמו כן, הם הוסיפו עוד חומצת אמינו אחת הנקראת גלוטמט כדי להוסיף זן למנורה כדי לסייע לעמודים פתוחים באותה מידה כמו לתפוס את החמצן. בהתחשב בכך ש- heme כמו גם חמצן משפיל במים, החוקרים יצרו גם את חיצוני העמודים כדי להדוף מים כדי להבטיח את עומס החמצן בפנים.

בתחילה, הצוות השתמש בסינתיסייזר-רובוט שמדביק כימית חומצות אמינו יחד ברצף מועדף-כדי ליצור את העמודים בצורת סליל. “אנו מבצעים את התגובות הראשונות עם הרובוט כדי להבין את רצף חומצות האמינו שאנחנו רוצים”, קובע ג’רזי קלוב סנטוס לאגונה מוזר. כאשר הם מרוצים מהרצף, הם משתמשים בחיידק E. coli כאחיזה ביולוגית לייצור החלבון המלא.

הצוות השתמש בבדיקות כימיות כדי לוודא שהחלבון שלהם ללא ספק תפס חמצן. כאשר החמצן אכן נקשר למולקולת heme ברזל בחלבון מעשה ידי אדם, האפשרות בה התגובה קיבלה את המיקום שינתה את צבע האדום הכהה לסקרלט, חתימת צבע כמעט דומה לנוירוגלובין טבעי.

“התרגיל הזה הוא כמו ליצור אוטובוס”, קובע דוטון. ראשית אתה דורש מנוע כמו גם יצרנו מנוע. עכשיו נוכל להוסיף לזה דברים אחרים. השימוש בחמצן הכבוי לביצוע כימיה יהיה כמו להוסיף את הגלגלים. הטכניקה שלנו לבניית חלבון בסיסי מאפס מאפשרת לנו להוסיף, מבלי לקבל הרבה יותר כמו גם הרבה יותר מסובכים. ”

בנוסף לדוטון כמו גם מוזר, סופרים ראשונים משותפים J.L. Ross Anderson, PhD, פוסט-דוק במעבדת דוטון וכן רונלד ל. קודר, דוקטורט, לשעבר פוסט-דוק במעבדת דוטון עכשיו עם המחלקה לפיזיקה ב”האשמה ” המכללה העירונית של ניו יורק; לי א. סולומון, מתאמן לתואר שלישי במעבדת דוטון, כמו גם קונדה ס. רדי, דוקטורט, היו גם מחברים על העיתון.

עבודה זו מומנה על ידי מחלקת האנרגיה, המכונים הלאומיים לבריאות, כמו גם הקרן הלאומית למדע.

הממצא שלהםS מופיעים בבעיית הטבע האחרונה.

התייחסות ליומן:
1. רונלד ל. קודר, ג’יי ל. רוס אנדרסון, לי א. סולומון, קונדה ס. רדי, כריסטופר סי מוזר, פ. לסלי דוטון. סגנון כמו גם הנדסה של חלבון O2 מספק חלבון. טבע, 2009; 458 (7236): 305 doi: 10.1038/nature07841

מותאם מחומרים המסופקים על ידי מוסד הרפואה של אוניברסיטת פנסילבניה.

מקור מאמר: ScienceDaily.com