Antikroppar, ansvarig för att känna igen och införa molekylära mål, är bland de mest användbara verktygen inom biologi och medicin. Nanobodies - antikroppars små kusiner - kan utföra samma uppgifter, till exempel märkning av molekyler för forskning eller flaggning av sjuka celler för förstörelse. Men, tack vare deras jämförande enkelhet erbjuder nanokroppar den lockande utsikten att bli mycket lättare att producera.

Tyvärr, deras löfte har inte fullt ut uppfyllts, eftersom forskare har saknat ett effektivt sätt att identifiera de nanokroppar som är närmast anpassade till deras mål. Dock, ett nytt system, utvecklat av forskare vid Rockefeller University och deras medarbetare och beskrivs idag i Naturmetoder , lovar att göra nanokroppar dramatiskt mer tillgängliga för all slags forskning.

Antikroppar är defensiva proteiner som används av immunsystemet för att identifiera och neutralisera inkräktare. Men deras makt kan utnyttjas också på andra sätt, och de används inom biologi och medicin för att visualisera cellulära processer, attackera sjuka celler och leverera specifika molekyler till specifika platser. Liksom deras större kusiner, nanokroppar kan också användas för dessa uppgifter, men deras lilla storlek gör nanokroppar mycket lättare att växa i bakteriefabriker. De kan också komma åt svåråtkomliga platser som kan vara utanför gränserna för större molekyler.

"Nanokroppar har en enorm potential som mångsidiga och tillgängliga alternativ till konventionella antikroppar, men tyvärr utgör dagens teknik en flaskhals för att möta efterfrågan på dem, "säger studieförfattaren Michael Rout, chef för laboratoriet för cellulär och strukturell biologi på Rockefeller. "Vi hoppas att vårt system kommer att göra nanokroppar med hög affinitet mer tillgängliga, och öppna upp många nya möjliga användningsområden för dem. "

I deras första studier, laget genererade antikroppar med hög affinitet, de som mest exakt kan binda till sina mål, riktad mot två fluorescerande proteiner som biologer ofta använder som markörer för att visualisera aktivitet i celler:GFP och mCherry. Deras nya system, som existerande för att generera antikroppar, börjar med ett djur, i detta fall lamaer inrymda i en anläggning i Connecticut.

Llamor valdes eftersom antikroppsvarianterna de producerar lätt modifieras för att generera nanokroppar, som bara är en tiondel av en vanlig antikropps vikt. Lamorna immuniserades med GFP och mCherry, får deras immunsystem att generera antikroppar mot dessa främmande proteiner.

"Nyckeln var att ta reda på ett relativt snabbt sätt att bestämma de genetiska sekvenserna för antikropparna som binder till målen med den största affiniteten. Hittills har det varit en helig gral att få dessa högaffinitetssekvenser, säger Brian Chait, Camille och Henry Dreyfus professor och chef för Laboratory of Mass Spectrometry and Gaseous Ion Chemistry på Rockefeller. "När dessa sekvenser erhållits, det är lätt att konstruera bakterier för att massproducera antikropparna. "

Forskarna, ledd av doktoranden Peter Fridy och postdoc Yinyin Li, började med att göra antikroppssekvensdatabaser från RNA isolerade ur antikroppsproducerande celler i lamornas benmärg. Nästa, de plockade ut de tätaste bindande GFP- och mCherry -antikropparna från blodprov från samma lamor, och skär dem kemiskt i mindre bitar, behålla endast den antigenbindande sektionen för att skapa nanokroppar.

De bestämde sedan partiella sekvenser av aminosyrorna som bildade proteinet i nanokropparna med en teknik som kallas masspektrometri. Med hjälp av en datoralgoritm som kallas "lama magi, "utvecklat av David Fenyö och Sarah Keegan från New York University School of Medicine, de matchade sammansättningen av de högsta affinitetsnanokropparna med den ursprungliga RNA -sekvensen. Med denna sekvens, de kan konstruera bakterier för att massproducera nanokropparna innan de tas i bruk i experiment.

Antikroppar används ofta för att isolera en viss struktur i en cell så att forskare kan ta bort och undersöka den, och laget gjorde just det med sina nya nanokroppar. De renade olika cellulära strukturer märkta med GFP eller mCherry, och visualiserade även dessa strukturer in situ.

Allt som allt, deras procedur genererade 25 typer av nanokroppar som kan exakt rikta in sig på GFP och sex för mCherry, en mycket mer mångsidig uppsättning nanokroppar med hög affinitet än vad som vanligtvis är möjligt med konventionella tekniker.

Detta överflöd öppnar nya alternativ. Forskare kan bara välja de bästa, eliminera nanokroppar som av en slump korsreagerar med andra molekyler, eller sträng ihop två nanokroppar som fäster till olika fläckar på samma målmolekyl för att generera en dimer med superhög affinitet, precis som forskarna visat för GFP -nanokropparna. Denna superhöga affinitet kan vara en kraftfull funktion vid leverans av terapeutiska eller diagnostiska molekyler eftersom det skulle sänka den nödvändiga dosen, och så minska oönskade biverkningar.

"Med tanke på att vi nu lätt kan identifiera sviter med nanokroppar med hög affinitet, framtiden för dem som forskningsverktyg, diagnostik och terapi ser ljus ut, "säger Rout.