Новый подход к созданию белков может изменить будущее биомедицины

Исследователи из Университета Ватерлоо открыли новый способ создания дизайнерских белков, способных трансформировать биотехнологию и персонализированную медицину.

В серии экспериментов профессор Элизабет Майеринг совместно с коллегами из Индии и США создала белок, способный выдерживать широкий спектр физиологических и средовых условий. Это решает проблему, с которой сталкивались химики, пытаясь создать сверхустойчивые, высокофункциональные белки.

Результаты опубликованы в этом месяце в престижном рецензируемом журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Белковые препараты можно сконструировать так, чтобы они действовали подобно антителам и находили специфические клетки. Такие персонализированные лекарства присоединяются только там, где это необходимо, что значительно снижает побочные эффекты при лечении рака и артрита. Например, препарат-блокбастер Герцептин, используемый для лечения некоторых форм рака молочной железы, нацелен на рецепторы роста HER2 на поверхности раковых клеток и маркирует их для уничтожения иммунной системой организма.

Однако создание белка, устойчивого к различным условиям, — сложная и рискованная задача. Белки полагаются на свою уникальную структуру для выполнения функции, и одно небольшое её изменение может привести к аллергической реакции или даже смертельному каскадному иммунному ответу.

«Недоточно создать белок частично правильно — он должен быть абсолютно точен, чтобы быть стабильным и функциональным, а препарат — работать», — заявила профессор Майеринг. «Большинство природных белков не очень стабильны, и химикам сложно сконструировать эту стабильность. Наша работа представляет собой реальный сдвиг в том, как исследователи могут создавать и понимать белки».

Традиционно дизайнеры белков фокусируются либо на структуре, либо на функции, поскольку работа с каждым из этих свойств сама по себе сложна.

Профессор Майеринг и её коллеги смогли включить в процесс проектирования и структуру, и функцию, используя биоинформатику для анализа информации из природы. Затем они проанализировали созданный белок и измерили, сколько времени требуется сложенному функциональному белку, чтобы развернуться и разрушиться.

«Белок может быть энергетически нестабильным, но при этом разворачиваться крайне медленно — то есть оставаться сложенным и функциональным в течение долгого времени», — пояснила профессор Майеринг, член Центра биоинженерии и биотехнологии.

Используя комбинацию биофизического и вычислительного анализа, команда обнаружила, что эту кинетическую стабильность можно успешно смоделировать на основе степени, в которой белковая цепь замыкается сама на себя в сложенной структуре. Поскольку их подход к стабильности также количественный, стабильность белка можно настроить так, чтобы он естественным образом разрушался, когда в нём больше нет необходимости.

Этот новый подход позволит исследователям продвинуться в создании белков с точно контролируемой стабильностью для сложных применений, таких как биосенсоры и персонализированная терапия.