Proteiner fanget i glas kan give nye medicinske fremskridt

Forskere ved Chalmers University of Technology, Sverige, har udviklet en unik metode til at studere proteiner, som kunne åbne nye døre for medicinsk forskning. Gennem opsamling af proteiner i en nanokapsel lavet af glas, forskerne har været i stand til at skabe en unik model af proteiner i naturlige miljøer. Resultaterne er offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift, Lille .

Proteiner er målsøgende og udfører mange forskellige opgaver, der er nødvendige for cellers overlevelse og funktioner. Dette gør dem interessante til udvikling af nye lægemidler - især de proteiner, der sidder i cellemembranen, og styre, hvilke molekyler der må komme ind i cellen, og hvilke der ikke er. Det betyder, at forståelse af, hvordan sådanne proteiner virker, er en vigtig udfordring for at udvikle mere avancerede lægemidler. Men dette er ingen let bedrift - sådanne proteiner er meget komplekse. I dag bruges flere forskellige metoder til billeddannelse af proteiner, men ingen metode giver en fuld løsning på udfordringen med at studere individuelle membranproteiner i deres naturlige miljø.

En forskergruppe ved Chalmers University of Technology, under ledelse af Martin Andersson ved Institut for Kemi og Kemiteknik, har nu med succes brugt Atom Probe Tomography til at afbilde og studere proteiner. Atomprobe -tomografi har eksisteret i et stykke tid, men har ikke tidligere været brugt på denne måde - men derimod til undersøgelse af metaller og andre hårde materialer.

"Det var i forbindelse med en undersøgelse af kontaktflader mellem skelettet og implantater, da vi opdagede, at vi kunne skelne organiske materialer i knoglen med denne teknik. Det gav os ideen om at udvikle metoden yderligere til proteiner, ”siger Martin Andersson.

Udfordringen lå i at udvikle en metode til at holde proteinerne intakte i deres naturlige miljø. Forskerne opnåede dette med succes ved at indkapsle proteinet i et ekstremt tyndt stykke glas, kun omkring 50 nanometer i diameter (et nanometer er 1 milliondel af en millimeter.) De skiver derefter det yderste lag af glasset ved hjælp af et elektrisk felt, frigør proteinatomet for atom. Proteinet kunne derefter genskabes i 3D på en computer.

Resultaterne af undersøgelsen er blevet verificeret ved sammenligning med eksisterende tredimensionelle modeller af kendte proteiner. I fremtiden, forskerne vil forfine metoden til at forbedre hastigheden og nøjagtigheden.

Metoden er banebrydende på flere måder. Samt modellering af den tredimensionelle struktur, det afslører samtidig proteinernes kemiske sammensætning.

"Vores metode byder på mange gode løsninger og kan være et stærkt supplement til eksisterende metoder. Det vil være muligt at studere, hvordan proteiner er bygget på atomniveau, «siger Andersson.

Med denne metode, muligvis kan alle proteiner undersøges, noget der i øjeblikket ikke er muligt. I dag, kun omkring en procent af membranproteiner er blevet vellykket strukturelt analyseret.

"Med denne metode, vi kan studere individuelle proteiner, i modsætning til nuværende metoder, der studerer et stort antal proteiner og derefter skaber en gennemsnitlig værdi, "siger Gustav Sundell, en forsker i Anderssons forskningsgruppe.

Med Atom Probe Tomography, oplysninger om et atommasse kan også udledes.

"Fordi vi indsamler oplysninger om atommasser i vores metode, det betyder, at vi kan måle vægten. Vi kan da, for eksempel, skabe tests, hvor medicinske molekyler kombineres med forskellige isotoper - hvilket giver dem forskellige masser - hvilket gør dem adskillelige i en undersøgelse. Det bør bidrage til at fremskynde processer til konstruktion og test af nye lægemidler, "siger Mats Hulander, en forsker i Anderssons gruppe.