מֵידָע

חלבון מלאכותי מדהים פותח פוטנציאל לטיפולי תאים חכמים

חלבון מלאכותי מדהים פותח פוטנציאל לטיפולי תאים חכמים

בהתפתחות מדהימה לרפואה, מדענים תכננו חלבון מלאכותי חדש בשם LOCKR שמתנהג כמו מעגל מחשב, ופותח אפשרות ליצור תאים "חכמים" שניתן לשלוט בהם ישירות על תהליכים ביולוגיים.

LOCKR, צורה חדשה לחלוטין של חלבון מלאכותי

ברפואה, מתי ליישם טיפול ספציפי ובאיזו מידה יש ​​ליישם חשיבות קריטית. תרופה רבה מדי או מעט מדי, או אם התרופה ניתנת מאוחר מדי או מוקדם מדי, עלולה להפוך את הטיפול ליעיל, ואף מסוכן. למצוא את הכמות והרגע המדויק לניהול טיפול הוא אחד האתגרים הגדולים ביותר ברפואה, ועד כה לא הייתה דרך יעילה לקבוע את ההחלטות הללו.

קשורים: מדענים תכננו פרוטאין 'זוהר' חדש

כעת, מהנדסי ביו מאוניברסיטת קליפורניה בסן פרנסיסקו (UCSF) ומאוניברסיטת וושינגטון (UW) התכנסו כדי לפתח פיתרון חדש ומדהים לבעיה זו; חלבון מלאכותי לחלוטין שיכול לפעול כמו מעגל שיכול להפוך תאים ל'תאים חכמים 'שעשויים להיות מסוגלים לקבוע מתי הם נפגעו או נדבקו ולהגיב על ידי מתן המינון הדרוש בדיוק מתי שהוא נחוץ.

עוצב באמצעות הדמיות ממוחשבות ומסונתז במעבדה, חלבון חדש זה - שהמהנדסים הביולוגיים מכנים Latching Orthogonal Cage-Key pRotein, או LOCKR, מתואר בעיתונים שפורסמו השבוע בכתב העת. טֶבַע--אינו דומה לכל חלבון שנמצא בטבע עצמו.

"בעוד כלים רבים בארסנל הביוטכנולוגיה משתמשים במולקולות המתרחשות באופן טבעי לשימוש חוזר במעבדה, ל- LOCKR אין שום מקבילה בטבע", אמרה חנה אל-סאמד, פרופסור משפחת UCSF Kuo לביוכימיה וביופיזיקה ומחברת בכירה משותפת של ה- UCSF. מחקרים חדשים.

"LOCKR היא ביוטכנולוגיה שהגה בניה ונבנתה על ידי בני אדם מההתחלה ועד הסוף. זה מספק שליטה חסרת תקדים על הדרך שבה החלבון מתקשר עם רכיבים אחרים של התא, ויאפשר לנו להתחיל להתמודד עם בעיות לא פתורות - ובעבר לא פתירות - בביולוגיה, עם השלכות חשובות על הרפואה והתעשייה. "

אחד העיתונים שפורסמו תיאר את מבנה החלבון החדש, שניתן לחשוב עליו כגזע או ארונית - ומכאן השם. בתוך הארונית יש 'זרוע' מולקולרית שניתן לתכנן לתמרן את התנועה של מולקולות כימיות דרך התא, לפרק מולקולות או חלבונים ספציפיים, ואפילו לומר לתא שהוא צריך להשמיד את עצמו.

המפתח, תרתי משמע, לכל התהליך הוא שהזרוע נעולה בתוך החלבון אלא אם כן מוצג מפתח כימי אחר שמתאים באופן מושלם למנעול ב- LOCKR. ללא המפתח הכימי, ה- LOCKR נשאר לא פעיל, בדיוק באופן שבו מעגל המחשב אינו פעיל בהיעדר אות חשמלי. גם אנלוגיית המעגל אינה מכה, היא נבנתה בעיצוב החלבון.

"באותו אופן שמעגלים משולבים אפשרו את התפוצצות תעשיית שבבי המחשבים, מתגים ביולוגיים רב-תכליתיים ודינמיים אלה יוכלו לפתוח בקרוב שליטה מדויקת על התנהגותם של תאים חיים ובסופו של דבר על בריאותנו", אמר אל-סמד.

הכנת תאים חכמים ניתנים לתכנות

מעגלים בונים זה את זה כדי לפתח התנהגויות מורכבות ביותר המאפשרות אלקטרוניקה ומחשוב מודרניים, כך שלא ניתן להמעיט בערך הפוטנציאל לפיתוח משהו דומה לתהליכים ביולוגיים. המאמר השני שפורסם על ידי מהנדסי הביו הדגים את הפוטנציאל להתנהגות מסוג זה של בניית מעגלים בתא.

באמצעות גרסה שונה של LOCKR בשם degronLOCKR, המדענים תיכנתו את הכלי להשפיל חלבון ספציפי. יכולת בניית המעגל של החלבון אפשרה לצוות ליצור מנגנון ויסות בתוך התא שישלט באופן דינמי על פעילות התא בתגובה לתנאים פנימיים וחיצוניים.

בכל פעם שכלי degronLOCKR זיהה את ההפרעה בפעילות סלולרית מסוימת, הוא הצליח לפרק את החלבון שהפעיל את ההפרעה עד להפסקת ההפרעה, ולאחר מכן היא תושבת. אם ההפרעה תתרחש שוב, הכלי degronLOCKR יופעל מחדש וימשיך לפרק את החלבון עד שתפקוד התאים יחזור לקדמותו.

"LOCKR, ובאופן ספציפי יותר, degronLOCKR, פותח תחום חדש לחלוטין של אפשרות לתכנות תאים לטפל במגוון רחב של מצבים מתישים שעדיין אין בהם טיפולים בטוחים ויעילים", אמר אנדרו נג, דוקטורט, המחבר הראשון של שני העבודות שסיימו את לימודי הדוקטורט שלו במעבדה של אל-סמד. "בעזרת טכנולוגיות אלה אנו מוגבלים רק על ידי הדמיון שלנו."


צפו בסרטון: 3 רעיונות לשייק חלבון - טעימים וקלים להכנה! (יָנוּאָר 2022).