Ускореният 100 000 пъти синтез на нови протеини ще промени терапията на всички заболявания

В медицината и биотехнологиите способността да се създават протеини с нови или подобрени функции е от решаващо значение, но съществуващите методи обикновено отнемат много време и труд. Учени от Изследователския институт „Скрипс“ са разработили платформа за синтетична биология, която ускорява самата еволюция, позволявайки да се създават протеини с нови свойства хиляди пъти по-бързо, отколкото това става в природата. Системата, наречена T7-ORACLE, е обявена от списание Science за пробив в разработването на терапевтични протеини за лечение на рак, невродегенеративни заболявания и практически всякакви други заболявания.

„Това е все едно да връчиш на еволюцията бутон за бързо превъртане напред“, казва съавторът на изследването Пийт Шулц, президент и главен изпълнителен директор на Института „Скрипс“. – „Вече е възможно непрекъснато и прецизно да се развиват протеините в клетките, без да се уврежда геномът им и без трудоемки стъпки.

Насочената еволюция е трудоемък процес, който включва въвеждане на мутации и подбор на варианти с подобрена функция в продължение на няколко цикъла. Той се използва за адаптиране на протеини с желани свойства, както и за изучаване на появата на резистентност към лекарствата. Традиционните методи обаче често изискват многократни цикли на манипулиране на ДНК и тестване, като всеки от тях отнема седмица или повече. Системите за непрекъсната еволюция, при които протеините еволюират в рамките на живи клетки без човешка намеса, се стремят да оптимизират този процес, но съществуващите подходи са ограничени от техническата сложност или ниската честота на мутациите.

T7-ORACLE заобикаля тези проблеми, като синтезира бактерията E. coli – стандартен моделен организъм в молекулярната биология – като носител на втора, изкуствена система за репликация на ДНК, получена от бактериофага T7 – вирус, който заразява бактериите с проста и ефективна система за репликация. T7-ORACLE дава възможност за непрекъсната хипермутация и ускорена еволюция на биомакромолекулите и е предназначен за широки приложения.

Новият инструмент, както пише Science Daily, развива и разширява възможностите на съществуващите ортогонални системи за репликация, т.е. такива, които работят независимо от клетъчния механизъм. В сравнение с тях системата T7-ORACLE се отличава с комбинирането на висока скорост на мутагенеза, бърз растеж, висока ефективност на трансформацията и лесно интегриране в стандартните работни процеси в областта на молекулярната биология.

Ортогоналната система T-7 ORACLE е насочена само към плазмидната ДНК (малки кръгови фрагменти от генетичен материал), като оставя генома на клетката-гостоприемник непокътнат.

Чрез конструиране на ДНК полимеразата Т7 (вирусен ензим, който репликира ДНК) с повишена честота на грешките, изследователите въвеждат мутации в целевите гени със скорост 100 000 пъти по-бърза от нормалната, без да увреждат клетките.

„Това, което беше изненадващо, беше колко точно наблюдаваните от нас мутации съвпадаха с действителните мутации на резистентност, открити в клинични условия“, отбелязва Кристиан Диркс, съавтор на изследването. – В някои случаи открихме нови комбинации, които действаха дори по-добре от това, което би се наблюдавало в клиниката“.