Nghiên cứu Y - Dược Chủ nhật, ngày 31/5/2020

Công nghệ mới cho phép tổng hợp protein nhanh

Các nhà hóa học đã phát triển một giao thức để nhanh chóng tạo ra chuỗi protein dài tới 164 axit amin. Công nghệ dựa trên dòng chảy có thể tăng tốc độ phát triển thuốc và cho phép các nhà khoa học thiết kế các biến thể protein mới kết hợp các axit amin không có trong các tế bào.

Ảnh minh họa
Ảnh minh họa
Nhiều protein hữu ích như thuốc điều trị các rối loạn như tiểu đường, ung thư và viêm khớp. Tổng hợp các phiên bản nhân tạo của các protein này là một quá trình tốn thời gian, đòi hỏi các vi khuẩn kỹ thuật di truyền hoặc các tế bào khác để tạo ra protein mong muốn.

Các nhà hóa học MIT đã nghĩ ra một giao thức để giảm đáng kể lượng thời gian cần thiết để tạo ra protein tổng hợp. Máy tổng hợp dòng chảy tự động của họ có thể kết hợp hàng trăm axit amin, các khối protein, trong vòng vài giờ. Các nhà nghiên cứu tin rằng công nghệ mới của họ có thể tăng tốc độ sản xuất các liệu pháp theo yêu cầu và phát triển các loại thuốc mới, đồng thời cho phép các nhà khoa học thiết kế protein nhân tạo bằng cách kết hợp các axit amin không tồn tại trong tế bào.

"Bạn có thể thiết kế các biến thể mới có chức năng sinh học vượt trội, được kích hoạt bằng cách sử dụng các axit amin không tự nhiên hoặc sửa đổi chuyên dụng mà không thể sử dụng khi bạn sử dụng bộ máy tự nhiên để tạo ra protein", Brad Pentelute, phó giáo sư hóa học tại MIT nói. các tác giả cao cấp của nghiên cứu.

Trong một bài báo xuất hiện ngày hôm nay trên Science , các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng họ có thể sản xuất một số chuỗi protein có chiều dài lên tới 164 axit amin, bao gồm enzyme và các yếu tố tăng trưởng. Đối với một số ít các protein tổng hợp này, họ đã thực hiện một phân tích chi tiết cho thấy chức năng của chúng tương đương với các đối tác tự nhiên của chúng.

Các tác giả chính của bài báo là cựu postdoc MIT Nina Hartrampf, hiện là trợ lý giáo sư tại Đại học Zurich, sinh viên tốt nghiệp MIT Azin Saebi, và cựu cộng tác viên kỹ thuật của MIT Mackenzie Poskus.

Sản xuất nhanh chóng

Phần lớn các protein được tìm thấy trong cơ thể con người dài tới 400 axit amin. Tổng hợp số lượng lớn các protein này đòi hỏi phải cung cấp gen cho các protein mong muốn vào các tế bào hoạt động như các nhà máy sống. Quá trình này được sử dụng để lập trình các tế bào vi khuẩn hoặc nấm men để sản xuất insulin và các loại thuốc khác như hormone tăng trưởng.

"Đây là một quá trình tốn thời gian," Thomas Nielsen, người đứng đầu nghiên cứu hóa học tại Novo Nordisk, cũng là một tác giả của nghiên cứu cho biết. "Đầu tiên bạn cần gen có sẵn, và bạn cần biết điều gì đó về sinh học tế bào của sinh vật để bạn có thể thiết kế biểu hiện protein của mình."

Một cách tiếp cận khác để sản xuất protein, lần đầu tiên được đề xuất vào những năm 1960 bởi Bruce Merrifield, người sau đó đã được trao giải thưởng Nobel về hóa học cho công trình tổng hợp peptide pha rắn, là kết hợp các axit amin với nhau theo phương pháp hóa học. Có 20 axit amin mà các tế bào sống sử dụng để tạo protein và sử dụng các kỹ thuật do Merrifield tiên phong, phải mất khoảng một giờ để thực hiện các phản ứng hóa học cần thiết để thêm một axit amin vào chuỗi peptide.


Trong những năm gần đây, phòng thí nghiệm của Pentelute đã phát minh ra một phương pháp nhanh hơn để thực hiện các phản ứng này, dựa trên một công nghệ được gọi là hóa học dòng chảy. Trong máy của họ, các hóa chất được trộn lẫn bằng bơm cơ học và van, và ở mỗi bước của quá trình tổng hợp tổng thể, chúng quay vòng qua một lò phản ứng được làm nóng có chứa một lớp nhựa. Trong giao thức được tối ưu hóa, việc hình thành mỗi liên kết peptide mất trung bình 2,5 phút và peptide dài tới 25 axit amin có thể được lắp ráp trong vòng chưa đầy một giờ.

Theo sự phát triển của công nghệ này, Novo Nordisk, nhà sản xuất một số loại thuốc protein, đã bắt đầu quan tâm đến việc hợp tác với phòng thí nghiệm của Pentelute để tổng hợp các peptide và protein dài hơn. Để đạt được điều đó, các nhà nghiên cứu cần cải thiện hiệu quả của các phản ứng hình thành liên kết peptide giữa các axit amin trong chuỗi. Đối với mỗi phản ứng, tỷ lệ hiệu quả trước đó của chúng là từ 95 đến 98%, nhưng đối với các protein dài hơn, chúng cần nó phải trên 99%.

"Lý do là nếu chúng ta thực sự giỏi trong việc tạo ra các peptide, chúng ta có thể mở rộng công nghệ để tạo ra protein", Pentelute nói. "Ý tưởng là có một cỗ máy mà chunhs ta có thể xây dựng và sắp xếp một chuỗi protein, và nó sẽ kết hợp các axit amin này với nhau một cách hiệu quả đến cuối ngày, bạn có thể nhận được protein mà bạn muốn . Điều đó rất khó khăn vì nếu liên kết hóa học không đạt chính xác gần 100% cho mỗi bước, bạn sẽ không nhận được bất kỳ kết quả mong muốn nào. "

Để tăng tỷ lệ thành công của họ và tìm ra công thức tối ưu cho mỗi phản ứng, các nhà nghiên cứu đã thực hiện các phản ứng ghép axit-amin cụ thể trong nhiều điều kiện khác nhau. Trong nghiên cứu này, họ đã lắp ráp một giao thức phổ quát đạt được hiệu quả trung bình lớn hơn 99% cho mỗi phản ứng, điều này tạo ra sự khác biệt đáng kể khi có rất nhiều axit amin được liên kết để tạo thành protein lớn, các nhà nghiên cứu cho biết.

"Nếu bạn muốn tạo ra protein, 1 phần trăm thêm này thực sự tạo ra sự khác biệt, bởi vì các sản phẩm phụ tích lũy và bạn cần tỷ lệ thành công cao cho mỗi axit amin được kết hợp," Hartrampf nói.

Sử dụng phương pháp này, các nhà nghiên cứu đã có thể tổng hợp một loại protein có chứa 164 axit amin - Sortase A, một loại protein vi khuẩn. Họ cũng sản xuất proinsulin, tiền chất insulin với 86 axit amin và enzyme gọi là lysozyme, có 129 axit amin, cũng như một số protein khác. Protein mong muốn phải được tinh chế và sau đó gấp lại thành hình dạng chính xác, điều này làm tăng thêm một vài giờ cho quá trình tổng hợp tổng thể. Tất cả các protein tổng hợp đã tinh chế thu được với số lượng miligam, chiếm từ 1 đến 5% tổng năng suất.

Hóa dược

Các nhà nghiên cứu cũng đã kiểm tra các chức năng sinh học của năm loại protein tổng hợp của họ và thấy rằng chúng tương đương với các biến thể biểu hiện sinh học.

Các nhà nghiên cứu cho biết khả năng tạo nhanh bất kỳ chuỗi protein mong muốn nào sẽ cho phép phát triển và thử nghiệm thuốc nhanh hơn. Công nghệ mới cũng cho phép các axit amin ngoài 20 được mã hóa bởi DNA của các tế bào sống được kết hợp vào protein, giúp mở rộng đáng kể sự đa dạng về cấu trúc và chức năng của các loại thuốc protein tiềm năng có thể được tạo ra.

"Điều này đang mở đường cho một lĩnh vực mới của hóa dược liệu protein", Nielsen nói. "Công nghệ này thực sự bổ sung cho những gì có sẵn cho ngành công nghiệp dược phẩm, mang đến những cơ hội mới để khám phá nhanh chóng các dược phẩm sinh học dựa trên peptide và protein."

Các nhà nghiên cứu hiện đang nghiên cứu cải tiến hơn nữa công nghệ để có thể lắp ráp chuỗi protein dài tới 300 axit amin. Họ cũng đang làm việc để tự động hóa toàn bộ quá trình sản xuất, do đó, một khi protein được tổng hợp, các bước phân tách, tinh chế và gấp cũng xảy ra mà không cần bất kỳ sự can thiệp nào của con người.


- Thuocbietduoc.com.vn cung cấp thông tin về hơn 30.000 loại thuốc theo toa, thuốc không kê đơn. - Các thông tin về thuốc trên Thuocbietduoc.com.vn cho mục đích tham khảo, tra cứu và không dành cho tư vấn y tế, chẩn đoán hoặc điều trị. - Khi dùng thuốc cần tuyệt đối tuân theo theo hướng dẫn của Bác sĩ
- Chúng tôi không chịu trách nhiệm về bất cứ hậu quả nào xảy ra do tự ý dùng thuốc dựa theo các thông tin trên Thuocbietduoc.com.vn
Thông tin Thuốc và Biệt Dược
- Giấy phép ICP số 235/GP-BC.
© Copyright Thuocbietduoc.com.vn
- Contact: VBCmedia, Jsc. - No 34, Louis Metropolis, Hanoi - Email: contact@thuocbietduoc.com.vn