Kimyacılar Doğada Bulunmayan Milyonlarca Proteini Sentezler
Fotoğraf : Ellerindeki Ksenoprotein ile Zachary P. Gates (solda) ve Brad Pentelute
MIT kimyagerleri, Ebola ve diğer virüslere karşı ilaç olarak kullanılabilecek milyonlarca yeni proteini hızla sentezlemek ve taramak için bir yol geliştirdiler.
Canlı hücreler tarafından üretilen tüm proteinler genetik kod tarafından programlanan 20 aminoasitten yapılır. MIT ekibi, doğal aminoasitlerin ayna görüntülerinin birçoğu dahil olmak üzere, doğada kullanılmayan aminoasitlerden proteinleri bir araya getirmenin bir yolunu buldu.
Araştırmacıların “ksenoproteinler” dedikleri bu proteinler, doğal olarak oluşan proteinlerden daha çok avantaj sunar. Onlar çoğu protein ilacının aksine daha stabildir, soğutma gerektirmezler ve bir bağışıklık yanıtına kışkırtamazlar.
National Academy of Sciences bildirilerinde yer alan makalenin yazarı ve MIT’de kimya profesörü Brad Pentelute “Bu ksenoproteinleri oluşturmak için kullanılabilecek başka bir teknolojik platform yoktur, çünkü insanlar molekülün tüm şekli boyunca tamamen doğal olmayan aminoasit setleri kullanma becerisi ile çalışmadılar.” diyor. MIT doktora sonrası çalışanı olan Zachary Gates makalenin başyazarıdır. MIT Kimya Bölümü başkanı Timothy Jamison ve onun laboratuvarın üyeleri de makaleye katkıda bulunmuştur.
Doğal olmayan proteinler
Pentelute ve Jamison bu projeyi dört yıl önce Savunma İleri Araştırma Projeleri Ajansı (DARPA) ile birlikte çalışarak başlattılar. Onlardan doğal olarak oluşan proteinleri taklit eden ancak doğal olmayan aminoasitlerden üretilen moleküller yaratmalarını istediler.
Pentelute, “Görev, doğada bulunmayan moleküllerin geniş kütüphanelerini kimyasal olarak üretmenize ve sonra istediğiniz kütüphane aracılığıyla bu kütüphaneleri taramanıza izin veren keşif platformları oluşturmaktı” diyor.
Bu proje için, araştırma ekibi Pentelute’un laboratuvarının daha önceden protein zincirlerini hızlı bir şekilde sentezlemek için geliştirdiği teknolojiye dayanıyordu. Pentelute’nin makinesi, istenen proteinleri dakikalar içinde sentezlenen aminoasitleri birbirine bağlamak için gereken tüm kimyasal reaksiyonları gerçekleştirebilir.
Ksenoproteinler için kalıpları inşa etmek için araştırmacılar 16 “ayna görüntüsü” aminoasit kullanmışlardır. Aminoasitler, L ve D olarak bilinen iki farklı konfigürasyonda mevcut olabilirler. Belirli bir aminoasidin L ve D versiyonları aynı kimyasal bileşime sahiptir, ancak birbirlerinin ayna görüntüleridir. Hücreler sadece L aminoasitleri kullanır.
Araştırmacılar daha sonra her biri yaklaşık 30 aminoasit uzunluğundaki D konfigürasyonunu on milyonlarca proteini birleştirmek için sentetik kimya kullanmışlardır. Bu proteinlerin hepsi, tripsin inhibitörü olarak bilinen doğal olarak oluşan bir proteinin şekline dayanan benzer bir katlanmış yapıya sahipti.
Bu çalışmadan önce hiçbir araştırma grubu doğal olmayan aminoasitlerden yapılmış çok fazla protein üretememiştir.
Gates, “Doğal olmayan aminoasitlerin protein moleküllerine dahil edilmesine yönelik metotların geliştirilmesine büyük önem verilmiştir, ancak bunlar genellikle bir protein molekülüne aynı anda dahil edilebilen doğal olmayan aminoasitlerin sayısı ile sınırlıdır.” diyor.
Ksenoproteinleri sentezledikten sonra araştırmacılar, bir grip virüsü yüzey proteinine karşı bir IgG antikoruna bağlanacak proteinleri tanımlamak için bunları taradılar. Antikorlar bir floresan molekülü ile etiketlendi ve daha sonra ksenoproteinlerle karıştırıldı. Floresans-aktive hücre sınıflandırması denen bir sistem kullanılarak, araştırmacılar floresan IgG molekülüne bağlanan ksenoproteinleri izole edebildiler.
Sadece birkaç saat içinde yapılabilen bu ekran hedefe bağlanan birkaç ksenoprotein olduğunu ortaya çıkardı. PNAS makalesinde yayınlanmamış olan diğer deneylerde, araştırmacılar şarbon toksinine ve Ebola virüsü tarafından üretilen bir glikoproteine bağlanan ksenoproteinleri de tanımlamışlardır.
İstenildiğinde İnşa Etme
Araştırmacılar şimdi farklı iskele şekilleri üzerinde modellenen proteinleri sentezlemek için çalışıyorlar ve diğer potansiyel ilaç hedeflerine bağlanan ksenoproteinler arıyorlar. Uzun vadeli hedefleri bu sistemi ortaya çıkan herhangi bir enfeksiyon hastalığını nötralize etmek için kullanılabilecek proteinleri hızlı bir şekilde sentezlemek ve tanımlamak için kullanmaktır.
Pentelute “Umut, bu platformu kullanarak molekülleri hızlı bir şekilde keşfedebilmemiz ve onları talep üzerine kimyasal olarak üretebilmemiz. Ve bunları yaptıktan sonra kullanım için her yerde soğutulmadan sevk edilebilirler.” diyor.
Potansiyel ilaçlara ek olarak araştırmacılar ayrıca yeni kimyasal reaksiyonları katalize etmek için enzimler olarak hareket edebilen “ksenozimler” —ksenoproteinler geliştirmeyi umuyorlar.
Kaynak : phys.org
