Forskare bygger ofta nya proteinmolekyler genom att sätta ihop grupper av aminosyror. Dessa aminosyrakedjor, kallas polypeptider, är de byggstenar som behövs i läkemedelsutveckling och skapandet av nya biomaterial.

Processen för att bygga polypeptider är svår, dock. Forskare rapporterar att de har utvecklat en snabbare, enklare och billigare metod för att göra nya polypeptider än vad som tidigare var tillgängligt. Det nya tillvägagångssättet använder en strömlinjeformad process som renar aminosyraprekursorerna och bygger polypeptiderna samtidigt, till skillnad från tidigare metoder där processerna var separata, jobbigt och tidskrävande.

Traditionellt, att göra polypeptidkedjor har varit en mycket komplicerad process, sa University of Illinois materialvetenskap och ingenjörsprofessor Jianjun Cheng, som ledde den nya forskningen. Syntetisera och rena aminosyraprekursorerna, nämligen N-karboxyanhydrid, eller NCA, kräver dagar av tråkig ansträngning, och att bygga polypeptidkedjorna tar timmar till dagar, han sa.

"Fältet har aldrig växt sig stort, delvis för att syntetisera polypeptider är så komplicerat, " Cheng sa. "NCA har många föroreningar som är svåra att ta bort. Tills nu, syntesen av högkvalitativa polypeptider krävde ultrarena NCAs."

I biologiska celler, enzymer som kallas ribozymer förenar aminosyror för att bilda proteiner, sa Cheng. Denna process äger rum i närvaro av vatten, salt och många andra molekyler. Att replikera denna process i laboratoriet är mycket svårt, dock. Nuvarande metoder kräver att forskare använder renade NCA-molekyler och bygger kedjorna i en vattenfri miljö.

Cheng och hans kollegor hämtade inspiration från ribozymer, som utmärker sig på att göra aminosyrakedjor snabbt samtidigt som de isolerar dem från den cellulära miljön. Teamet utvecklade ett system som efterliknar ribozymfunktionen, bygger aminosyrakedjorna snabbt samtidigt som man tar bort alla molekyler som kan förorena systemet. Detta gör att forskarna kan bygga de önskade kedjorna med NCA som inte är rena.

"Detta är första gången sedan upptäckten av NCA-molekylen 1906 som vi har kunnat bygga långa kedjor med icke-renad NCA, " sa Cheng.

"Jag arbetade med NCA-rening i flera år och tyckte att det var väldigt smärtsamt, eftersom processen krävde vattenfria förhållanden och var tekniskt utmanande, " sa postdoktorn Ziyuan Song, en medlem av Chengs labb. "Det är därför det inte finns många forskargrupper som arbetar inom detta område. Med den här metoden, vi kan få fler att gå med och hitta fler ansökningar."

Metoden kan användas inom kemi, biologi och industri, där proteinkedjor rutinmässigt används som byggstenar för sammansättning av användbara molekyler, sa forskaren.

"Tidigare, fältet krävde specialiserade kemister som oss för att tillverka dessa byggstenar, "Cheng sa. "Vårt nya protokoll tillåter alla med grundläggande kemikunskaper att bygga de önskade polypeptiderna på några timmar."

Forskarna undersöker hur man kan skala upp processen och utforska hela skalan av kemiska och biologiska tillämpningar som den nya metoden tillåter.

Forskarna rapporterar sina resultat i Proceedings of the National Academy of Sciences .