Ускоренная лабораторная эволюция биомолекул может привести к новому поколению лекарств

Ученые Гарвардского университета использовали способность к быстрой репликации бактериальных вирусов (фагов) для ускорения эволюции биомолекул в лаборатории. Работа, опубликованная в журнале Nature, в перспективе может позволить создавать индивидуальные фармацевтические препараты и исследовательские инструменты из лабораторно выращенных белков, нуклеиновых кислот и других подобных соединений.

Новый подход, названный фаг-ассистированной непрерывной эволюцией (PACE), примерно в 100 раз быстрее обычной лабораторной эволюции и требует гораздо меньше труда со стороны ученых.

Исследователи во главе с профессором Дэвидом Р. Лю достигли до 60 циклов эволюции белка каждые 24 часа, связав лабораторную эволюцию с жизненным циклом фага, который инфицирует бактерии. Жизненный цикл этого фага составляет всего 10 минут. Система PACE использует клетки-хозяева E. coli для производства целевых белков, в качестве фабрик по производству фагов и для ключевого этапа отбора, позволяющего процветать фагам, несущим гены, кодирующие нужные молекулы.

В трех отдельных экспериментах по эволюции белка система PACE смогла создать фермент с новой целевой активностью в течение недели, осуществив за это время до 200 циклов эволюции. Обычные методы лабораторной эволюции потребовали бы для этого лет.

Новый подход не требует вмешательства человека в процессе эволюции, использует легкодоступные компоненты и устойчив к молекулам-"жуликам", обходящим желаемый процесс отбора. Исследователи могут контролировать как строгость отбора в PACE, так и скорость мутаций.

Среди достижений, описанных в Nature, ученые использовали PACE для изменения специфичности РНК-полимеразы, которая обычно активируется промотором T7, чтобы она распознавала промотор T3. Они также создали полимеразы, которые начинают синтез РНК с азотистых оснований аденина (A) или цитозина (C) вместо обычного гуанина (G). Во всех случаях активность ферментов, созданных с помощью PACE, на новых мишенях была сопоставима или превосходила активность природных ферментов.