Forskere udvikler sig hurtigt, effektiv måde at bygge aminosyrekæder på

Forskere bygger ofte nye proteinmolekyler ved at binde grupper af aminosyrer sammen. Disse aminosyrekæder, kaldet polypeptider, er de byggesten, der er nødvendige i udviklingen af ​​lægemidler og skabelsen af ​​nye biomaterialer.

Processen til at bygge polypeptider er vanskelig, imidlertid. Forskere rapporterer, at de har udviklet en hurtigere, nemmere og billigere metode til fremstilling af nye polypeptider, end der tidligere var tilgængelig. Den nye tilgang bruger en strømlinet proces, der renser aminosyreprækursorerne og opbygger polypeptiderne på samme tid, i modsætning til tidligere metoder, hvor processerne var adskilte, besværligt og tidskrævende.

Traditionelt, fremstilling af polypeptidkæder har været en meget kompliceret proces, sagde professor i materialevidenskab og ingeniørvidenskab ved University of Illinois, Jianjun Cheng, der ledede den nye forskning. Syntetisering og rensning af aminosyreprækursorerne, nemlig N-carboxyanhydrid, eller NCA, kræver dages kedelig indsats, og opbygningen af ​​polypeptidkæderne tager timer til dage, han sagde.

"Marken er aldrig blevet stor, til dels fordi syntetisering af polypeptider er så kompliceret, " Cheng sagde. "NCA har en masse urenheder, som er svære at fjerne. Indtil nu, syntesen af ​​højkvalitets polypeptider krævede ultrarene NCA'er."

I biologiske celler, enzymer kaldet ribozymer forbinder aminosyrer for at danne proteiner, sagde Cheng. Denne proces foregår i nærvær af vand, salt og mange andre molekyler. At replikere denne proces i laboratoriet er meget vanskelig, imidlertid. Nuværende metoder kræver, at forskere bruger rensede NCA-molekyler og bygger kæderne i et vandfrit miljø.

Cheng og hans kolleger hentede inspiration fra ribozymer, som udmærker sig ved at lave aminosyrekæder hurtigt og samtidig isolere dem fra det cellulære miljø. Holdet udviklede et system, der efterligner ribozymfunktionen, opbygning af aminosyrekæderne hurtigt, mens du fjerner alle molekyler, der kunne forurene systemet. Dette giver forskerne mulighed for at bygge de ønskede kæder med NCA'er, der ikke er rene.

"Det er første gang siden opdagelsen af ​​NCA-molekylet i 1906, at vi har været i stand til at bygge lange kæder ved hjælp af ikke-oprenset NCA, " sagde Cheng.

"Jeg arbejdede på NCA-rensning i flere år og fandt det meget smertefuldt, fordi processen krævede vandfrie forhold og var teknisk udfordrende, " sagde postdoc-forsker Ziyuan Song, et medlem af Chengs laboratorium. "Derfor er der ikke mange forskergrupper, der arbejder inden for dette felt. Med denne metode, vi kan få flere til at deltage og finde flere ansøgninger."

Metoden kan bruges i kemi, biologi og industri, hvor proteinkæder rutinemæssigt bruges som byggesten til samling af nyttige molekyler, sagde forskeren.

"Tidligere feltet krævede specialiserede kemikere som os for at lave disse byggeklodser, " sagde Cheng. "Vores nye protokol giver alle med grundlæggende kemifærdigheder mulighed for at bygge de ønskede polypeptider på få timer."

Forskerne undersøger, hvordan man kan opskalere processen og udforske hele rækken af ​​kemiske og biologiske anvendelser, den nye tilgang tillader.

Forskerne rapporterer deres resultater i Proceedings of the National Academy of Sciences .