MIT-kemister har utarbetat ett sätt att snabbt syntetisera och screena miljontals nya proteiner som kan användas som läkemedel mot ebola och andra virus.

Alla proteiner som produceras av levande celler är gjorda av de 20 aminosyrorna som är programmerade av den genetiska koden. MIT -teamet kom fram till ett sätt att montera proteiner från aminosyror som inte används i naturen, inklusive många som är spegelbilder av naturliga aminosyror.

Dessa proteiner, som forskarna kallar "xenoproteiner, "erbjuder många fördelar jämfört med naturligt förekommande proteiner. De är mer stabila, vilket betyder att till skillnad från de flesta proteinläkemedel, de behöver inte kylas, och får inte framkalla ett immunsvar.

"Det finns ingen annan teknisk plattform som kan användas för att skapa dessa xenoproteiner eftersom människor inte har arbetat igenom förmågan att använda helt onaturliga uppsättningar av aminosyror genom hela formen av molekylen, " säger Brad Pentelute, en MIT docent i kemi och senior författare till tidningen, som visas i Proceedings of the National Academy of Sciences veckan den 21 maj.

Zachary Gates, en MIT postdoc, är huvudförfattare till tidningen. Timothy Jamison, chef för MIT:s institution för kemi, och medlemmar av hans labb bidrog också till tidningen.

Onaturliga proteiner

Pentelute och Jamison lanserade detta projekt för fyra år sedan, samarbetar med Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), som bad dem komma på ett sätt att skapa molekyler som efterliknar naturligt förekommande proteiner men är gjorda av icke -naturliga aminosyror.

"Uppdraget var att skapa upptäcktsplattformar som låter dig kemiskt tillverka stora bibliotek av molekyler som inte finns i naturen, och sålla sedan igenom de biblioteken för den specifika funktionen du önskade, " säger Pentelute.

För detta projekt, forskargruppen byggde på teknik som Pentelutes labb tidigare hade utvecklat för att snabbt syntetisera proteinkedjor. Hans bordsmaskin kan utföra alla de kemiska reaktioner som behövs för att slå ihop aminosyror, syntetisera de önskade proteinerna inom några minuter.

Som byggstenar för deras xenoproteiner, forskarna använde 16 "spegelbilds"-aminosyror. Aminosyror kan finnas i två olika konfigurationer, känd som L och D. L- och D-versionerna av en viss aminosyra har samma kemiska sammansättning men är spegelbilder av varandra. Celler använder endast L-aminosyror.

Forskarna använde sedan syntetisk kemi för att montera tiotals miljoner proteiner, var och en ca 30 aminosyror långa, hela D -konfigurationen. Dessa proteiner hade alla en liknande veckad struktur som är baserad på formen av ett naturligt förekommande protein känt som en trypsinhämmare.

Före denna studie, ingen forskargrupp hade kunnat skapa så många proteiner gjorda enbart av icke-naturliga aminosyror.

"Betydande ansträngningar har ägnats åt utveckling av metoder för inkorporering av icke-naturliga aminosyror i proteinmolekyler, men dessa är i allmänhet begränsade med avseende på antalet icke-naturliga aminosyror som samtidigt kan inkorporeras i en proteinmolekyl, " säger Gates.

Efter att ha syntetiserat xenoproteinerna, forskarna screenade dem för att identifiera proteiner som skulle binda till en IgG-antikropp mot ett ytprotein av influensavirus. Antikropparna märktes med en fluorescerande molekyl och blandades sedan med xenoproteinerna. Med hjälp av ett system som kallas fluorescensaktiverad cellsortering, forskarna kunde isolera xenoproteiner som binder till den fluorescerande IgG-molekylen.

Den här skärmen, vilket kan göras på bara några timmar, avslöjade flera xenoproteiner som binder till målet. I andra experiment, inte publicerad i PNAS -papperet, forskarna har också identifierat xenoproteiner som binder till mjältbrandstoxin och till ett glykoprotein som produceras av ebolaviruset. Detta arbete är i samarbete med John Dye, Spencer Stonier, och Christopher Cote vid U.S. Army Medical Research Institute of Infectious Diseases.

Byggd på efterfrågan

Forskarna arbetar nu med att syntetisera proteiner modellerade på olika ställningsformer, och de söker efter xenoproteiner som binder till andra potentiella läkemedelsmål. Deras långsiktiga mål är att använda detta system för att snabbt syntetisera och identifiera proteiner som kan användas för att neutralisera alla typer av nya infektionssjukdomar.

"Förhoppningen är att vi kan upptäcka molekyler på ett snabbt sätt med den här plattformen, och vi kan tillverka dem kemiskt på begäran. Och efter att vi gjort dem, de kan skickas överallt utan kylning, för användning på fältet, " säger Pentelute.

Förutom potentiella droger, forskarna hoppas också kunna utveckla "xenozymer" - xenoproteiner som kan fungera som enzymer för att katalysera nya typer av kemiska reaktioner.