I chimici del MIT hanno escogitato un modo per sintetizzare e vagliare rapidamente milioni di nuove proteine ​​che potrebbero essere utilizzate come farmaci contro l'Ebola e altri virus.

Tutte le proteine ​​prodotte dalle cellule viventi sono costituite dai 20 amminoacidi programmati dal codice genetico. Il team del MIT ha trovato un modo per assemblare proteine ​​da amminoacidi non utilizzati in natura, compresi molti che sono immagini speculari di amminoacidi naturali.

Queste proteine, che i ricercatori chiamano "xenoproteine, " offrono molti vantaggi rispetto alle proteine ​​naturali. Sono più stabili, il che significa che a differenza della maggior parte dei farmaci proteici, non necessitano di refrigerazione, e non può provocare una risposta immunitaria.

"Non esiste un'altra piattaforma tecnologica che possa essere utilizzata per creare queste xenoproteine ​​perché le persone non hanno lavorato sulla capacità di utilizzare set di amminoacidi completamente non naturali in tutta la forma della molecola, "dice Brad Pentelute, professore associato di chimica al MIT e autore senior dell'articolo, che appare in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze la settimana del 21 maggio.

Zaccaria Cancelli, un postdoc del MIT, è l'autore principale del documento. Timothy Jamison, capo del Dipartimento di Chimica del MIT, e anche i membri del suo laboratorio hanno contribuito alla carta.

Proteine ​​non naturali

Pentelute e Jamison hanno lanciato questo progetto quattro anni fa, collaborando con la Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA), che ha chiesto loro di trovare un modo per creare molecole che imitano le proteine ​​naturali ma sono costituite da amminoacidi non naturali.

"La missione era generare piattaforme di scoperta che permettessero di produrre chimicamente grandi librerie di molecole che non esistono in natura, e poi setacciare quelle librerie per la particolare funzione che desideravi, "dice Penteluto.

Per questo progetto, il team di ricerca si è basato su una tecnologia che il laboratorio di Pentelute aveva precedentemente sviluppato per sintetizzare rapidamente le catene proteiche. La sua macchina da tavolo può eseguire tutte le reazioni chimiche necessarie per mettere insieme gli amminoacidi, sintetizzando le proteine ​​desiderate in pochi minuti.

Come elementi costitutivi delle loro xenoproteine, i ricercatori hanno utilizzato 16 amminoacidi "immagine speculare". Gli amminoacidi possono esistere in due diverse configurazioni, noto come L e D. Le versioni L e D di un particolare amminoacido hanno la stessa composizione chimica ma sono immagini speculari l'una dell'altra. Le cellule usano solo L aminoacidi.

I ricercatori hanno quindi utilizzato la chimica sintetica per assemblare decine di milioni di proteine, ciascuno di circa 30 amminoacidi di lunghezza, tutta la configurazione D. Queste proteine ​​avevano tutte una struttura ripiegata simile che si basa sulla forma di una proteina naturale nota come inibitore della tripsina.

Prima di questo studio, nessun gruppo di ricerca era stato in grado di creare così tante proteine ​​costituite esclusivamente da amminoacidi non naturali.

"Un impegno significativo è stato dedicato allo sviluppo di metodi per l'incorporazione di amminoacidi non naturali in molecole proteiche, ma questi sono generalmente limitati per quanto riguarda il numero di amminoacidi non naturali che possono essere incorporati contemporaneamente in una molecola proteica, " dice Porta.

Dopo aver sintetizzato le xenoproteine, i ricercatori li hanno sottoposti a screening per identificare le proteine ​​che si legherebbero a un anticorpo IgG contro una proteina di superficie del virus dell'influenza. Gli anticorpi sono stati marcati con una molecola fluorescente e quindi miscelati con le xenoproteine. Utilizzando un sistema chiamato smistamento cellulare attivato dalla fluorescenza, i ricercatori sono stati in grado di isolare le xenoproteine ​​che si legano alla molecola IgG fluorescente.

Questa schermata, che può essere fatto in poche ore, ha rivelato diverse xenoproteine ​​che si legano al bersaglio. In altri esperimenti, non pubblicato nel documento PNAS, i ricercatori hanno anche identificato xenoproteine ​​che si legano alla tossina dell'antrace ea una glicoproteina prodotta dal virus Ebola. Questo lavoro è in collaborazione con John Dye, Spencer Stone, e Christopher Cote presso l'Istituto di ricerca medica dell'esercito degli Stati Uniti sulle malattie infettive.

Costruito su richiesta

I ricercatori stanno ora lavorando alla sintesi di proteine ​​modellate su diverse forme di scaffold, e stanno cercando xenoproteine ​​che si leghino ad altri potenziali bersagli farmacologici. Il loro obiettivo a lungo termine è utilizzare questo sistema per sintetizzare e identificare rapidamente proteine ​​che potrebbero essere utilizzate per neutralizzare qualsiasi tipo di malattia infettiva emergente.

"La speranza è di poter scoprire molecole in modo rapido utilizzando questa piattaforma, e possiamo produrli chimicamente su richiesta. E dopo averli fatti, possono essere spediti ovunque senza refrigerazione, per l'uso sul campo, "dice Penteluto.

Oltre ai potenziali farmaci, i ricercatori sperano anche di sviluppare "xenozimi", ovvero xenoproteine ​​che possono agire come enzimi per catalizzare nuovi tipi di reazioni chimiche.