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新技术实现了快速的蛋白质合成

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自动化台式机可以加速新药物来治疗癌症和其他疾病的发展。

许多蛋白质作为药物是用于病症如糖尿病,癌症和关节炎。合成这些蛋白质的人工版本是一个耗时的过程,需要基因工程微生物或其他细胞产生所需蛋白质。

MIT化学家已经设计了一个协议,以显着减少的时间量,以生成合成蛋白质必需的。他们的桌面自动化流动合成机罐串起来数百氨基酸,蛋白质的积木,小时内。研究人员认为,他们的新技术可以加快点播疗法的制造和新药开发,并允许科学家通过将不以小区中存在的氨基酸来设计人造蛋白。

“你可以设计出具有卓越的生物学功能的新变种,能够通过使用非天然氨基酸或专门的修改,当您使用性质的设备制造蛋白质是不可能的,”说 布拉德pentelute,化学ag真人平台的副教授,研究的资深作者。

在一份文件中今天出现在 科学,研究人员发现,他们可以化学产生几种蛋白质链最多164个氨基酸长度,包括酶和生长因子。这些合成蛋白的少数,他们进行了示出它们的功能进行详细的分析是比得上其天然存在的对应物。

论文的主要作者是前ag真人平台博士后尼娜hartrampf,谁现在是在苏黎世大学的助理教授,ag真人平台研究生嗪saebi,以及前ag真人平台技术副麦肯齐poskus。

快速生产

大部分蛋白在人体中发现的是高达400个氨基酸长。合成大量的这些蛋白质的需要提供基因所需的蛋白质分解为充当活细胞工厂。这个过程用于细菌或酵母细胞产生胰岛素和其他药物如生长激素编程。

“这是一个耗时的过程,”托马斯·尼尔森,在诺和诺德公司的研究化学的头,谁也是研究报告的作者说。 “首先你需要的基因可用,你需要知道一些ag真人平台注册生物体的细胞生物学使您可以设计蛋白的表达。”

蛋白质的生产,在20世纪60年代由布鲁斯·梅里菲尔德,谁是后来获得化学诺贝尔奖为他的在固相多肽合成工作首次提出另一种方法,是将化学串氨基酸一起以逐步的方式。有20个氨基酸的活细胞用于构建蛋白质,并使用由梅里菲尔德开创的技术中,需要大约一个小时,以进行到氨基酸添加一个到的肽链所需要的化学反应。

近年来,pentelute的实验室已经发明了一种 更快速的方法 以执行这些反应中,基于被称为流动化学的技术。在他们的机器,化学品是使用机械泵和阀混合,并在通过含有树脂床的加热的反应器总合成它们循环的每一步。在优化的协议,形成每个肽键平均需要2.5分钟和肽最多25个氨基酸长可以在不到一小时内组装。

下面这个技术,诺和诺德,这使得一些蛋白质药物的发展,产生了兴趣,与pentelute的实验室合作,以合成更长的肽和蛋白质。实现这一目标,需要研究人员,以提高反应的效率,在链氨基酸之间形式的肽键。对于每个反应,它们的先前效率率为95%和98%之间,但是对于较长的蛋白质,他们需要它是99%以上。

“的理由是,如果我们得到了在制作肽真的很不错,我们可以扩大技术,使蛋白质,” pentelute说。 “这个想法是有一个机器,用户可以走到,放在一个蛋白质序列,一下子就串起来,这些氨基酸在这样一个有效的方式,在这一天结束时,你可以得到你想要的蛋白质。它已经非常具有挑战性的,因为如果化学是不是接近100%的每一个步骤,你不会得到任何想要的材料。”

以提高他们的成功率和找到每个反应的最佳配方,研究人员进行氨基酸的特定耦合许多不同的条件下的反应。研究人员表示在该研究中,他们组装这样实现的平均效率大于99%的对于每个反应,这使得当被连接以多种氨基酸以形成大的蛋白质一显著差的通用协议。

“如果你想使蛋白质,这种额外的1%,真的让所有的差异,因为副产品积累,你需要为每并入单个氨基酸的高成功率,” hartrampf说。

使用这种方法,研究人员能够合成含有164个氨基酸的蛋白质 - 分选一,细菌蛋白。它们也产生胰岛素原,具有86个氨基酸的胰岛素前体,并且被称为一个溶菌酶酶,它具有129个氨基酸,以及一些其他的蛋白。所需蛋白质必须被纯化,然后折叠成正确的形状,这增加了几个小时的整个合成过程。所有纯化的合成的蛋白质进行了以毫克量获得的,构成图1和5的总产率的百分比之间。

药物化学

研究人员还测试了它们的合成蛋白质的五个生物学功能,发现他们比得上那些生物表达的变体。

研究人员表示,有能力迅速产生任何需要的蛋白质序列应该实现更快的药物开发和测试。新技术还允许比活细胞的DNA编码的其他20个氨基酸被掺入蛋白质,大大扩展的可能被创建潜在蛋白质药物的结构和功能的多样性。

“这是铺平了蛋白质药物化学领域的一个新的方式,”尼尔森说。 “这项技术真的什么补充,可用于制药业,用于肽和蛋白质为基础的生物制药快速发现提供了新的机遇。”

研究人员们现在正在研究进一步改进技术,以便它可以装配蛋白质链多达300个氨基酸长。它们也工作自动化整个制造过程中,使得一旦蛋白被合成时,也发生裂解,纯化和折叠步骤,而不需要任何人工干预。

pentelute是已领有牌照的肽合成技术方面可能的商业发展了一家名为酰胺技术的创始人之一。该研究由诺和诺德,国家科学基金会研究生研究奖学金和科学奖学金的ag真人平台的院长资助。