Химеры помогут быстрее синтезировать мембранные белки

Химеры помогут быстрее синтезировать мембранные белки | Русская весна

Ученые из МФТИ во главе с Дмитрием Братановым совместно со своими коллегами из Исследовательского центра Юлих (Германия), а также Института структурной биологии (Франция) разработали оригинальный метод синтеза мембранных белков для научных целей.

Он позволит сократить себестоимость сырья для биохимических экспериментов, а также уменьшить их продолжительность. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS One.

Сегодня одним из наиболее перспективных направлений в структурной биологии во всем мире стало исследование так называемых мембранных белков. Именно они обеспечивают процесс взаимодействия живых клеток с окружающей средой, в том числе во время приема лекарственных препаратов.

Это делает их изучение таким важным для медицины и фармацевтики. Вместе с тем сегодня описана структура лишь 3% этих зашифрованных белков.

Одним из наиболее рентабельных способов получения мембранных белков для научных целей считается использование кишечной палочки Escherichia coli.

Ученые в лаборатории вводят ген, продуцирующий нужный белок в клетку бактерии и заставляют ее производит нужное вещество в большом количестве. После этого готовый белок очищают и восстанавливают при помощи рентгеновского облучения. К сожалению, на практике уже на первом шаге (экспрессии) исследователи сталкиваются с проблемами.

Международная группа ученых предложила способ, позволяющий облегчить этот процесс. Для нужного вещества подбирается похожий (гомологичный) белок, процесс экспрессии которого происходит значительно легче, его также называют драйвером.

После этого в лаборатории синтезируются химеры (искусственные белки-«мутанты») составленные из частей целевого белка и драйвера. На этом этапе удается довольно быстро установить, какой фрагмент нужного белка является причиной низкой экспрессии.

По словам Дмитрия Братанова, далее ученые переходят ко второй итерации, «сделав две новые химеры на основе той химеры, которая лучше экспрессировалась в первой итерации, и уменьшив тем самым в этой химере вдвое долю драйвера».

Теперь они могут проверить экспрессию новых химер, выясняя, какая часть препятствует экспрессии. И так до тех пор, пока не удастся найти проблемный участок белка.

Преимущество нового метода становится очевидно: прежний путь поиска необходимой мутации требует 2n итераций (где n — число аминокислот в его цепочке), а новый способ предлагает установить нужную мутацию за 2log2n экспрессий белка.

В ходе проверки своего метода ученые успешно синтезировали химеру мембранного светочувствительного белка из микроорганизма H. halobium.

По словам Валентина Горделия, одного из авторов работы, прежние подходы к этой проблеме напоминали стратегию «пан-или-пропал», известную также как «метод академического тыка».

Новый подход «позволяет систематическим образом выявлять проблемы, приводящие к отсутствию экспрессии белка. При этом предполагается, что получившийся химерный белок будет иметь незначительные изменения по сравнению с целевым белком», — рассказал исследователь.

Открытие имеет важное значение для разработки новых лекарственных средств, а также оптогенетики — нового направления научных исследований, предлагающего принципиально новые подходы в профилактике и лечении многих нейродегенаративных заболеваний, например старческого слабоумия или синдрома Паркинсона.