Forskare har skapat en höghastighetsmetod för att generera tusentals olika, små, stabila proteiner från grunden som kan skräddarsys för att binda till specifika terapeutiska mål.

Skydd mot infektionssjukdomar, som influensa, och motgift mot nervgifter är bara två forskningsmål med detta tillvägagångssätt. Metoden producerar snabbt tusentals nya läkemedelskandidater.

Dessa datordesignade proteiner, som inte tidigare funnits i naturen, kombinera stabiliteten och biotillgängligheten hos småmolekylära läkemedel med specificiteten och styrkan hos större biologiska läkemedel.

"Dessa miniproteinbindare har potential att bli en ny klass av läkemedel som överbryggar klyftan mellan småmolekylära läkemedel och biologiska läkemedel. Liksom monoklonala antikroppar, de kan utformas för att binda till mål med hög selektivitet, men de är mer stabila och lättare att producera och administrera, sa David Baker, som ledde det multiinstitutionella forskningsprojektet.

Baker är professor i biokemi vid University of Washington School of Medicine och chef för UW Institute for Protein Design. Han är också utredare vid Howard Hughes Medical Institute.

Baker och hans kollegor rapporterar sina resultat i en artikel publicerad online den 27 september av tidskriften Natur .

Aaron Chevalier, Daniel-Adriano Silva och Gabriel J. Rocklin var huvudförfattarna och var alla seniorstipendiater vid UW Institute for Protein Design vid tidpunkten för projektet.

Metoden använde en datorplattform, kallas Rosetta, utvecklad av Baker och kollegor vid University of Washington. De designade tusentals korta proteiner, ca 40 aminosyror långa, som Rosetta-programmet förutspådde skulle binda tätt till det molekylära målet.

På grund av deras ringa storlek, dessa korta proteiner tenderar att vara extremt stabila. De kan förvaras utan kylning. De är också lättare att administrera än stora proteinläkemedel, såsom monoklonala antikroppar.

Tidigare, så kort, proteinbindemedel var typiskt omarbetade versioner av naturligt förekommande proteiner. Dessa, dock, tenderade inte att vara signifikant bättre än monoklonala antikroppar.

Eftersom dessa miniproteinbindemedel är originaldesigner, de kan skräddarsys för att passa sina mål mycket tätare och är enklare att modifiera och förfina.

I den här studien, forskarna försökte designa två uppsättningar av dessa proteiner:en uppsättning som skulle förhindra influensaviruset från att invadera celler och en annan som skulle binda till och neutralisera ett dödligt nervtoxin från botulism. Detta toxin anses vara ett potentiellt biovapen.

Datormodelleringen identifierade aminosyrasekvenserna av tusentals korta proteiner som skulle passa in i och binda till influensa- och botulinummålen. Forskarna skapade korta bitar av DNA som kodade vart och ett av dessa proteiner, odlade proteinerna i jästceller, och sedan tittade på hur hårt de band till sina mål. Målen var influensa H1 hemagglutinin och botulinum neurotoxin B.

Allt sagt, metoden gjorde det möjligt för dem att designa och testa 22, 660 proteiner på bara några månader. Mer än tvåtusen av dem band till sina mål med hög affinitet.

Utvärdering av de bästa kandidaterna visade att anti-influensaproteinerna neutraliserade virus i cellkultur och andra designade proteiner hindrade botulinumtoxinet från att komma in i hjärnceller.

En nässpray innehållande ett av de specialdesignade proteinerna skyddade möss fullständigt från influensa om den administrerades före eller så mycket som 72 timmar efter exponering.. Skyddet som behandlingen ger var lika med eller överträffade det som ses med antikroppar, forskarna rapporterar.

Testning av en delmängd av proteinerna visade att de var extremt stabila och, till skillnad från antikroppar, inaktiverades inte av höga temperaturer. De små proteinerna utlöste också lite eller inget immunsvar, ett problem som ofta gör större proteinläkemedel ineffektiva.