I ricercatori del QUT hanno sviluppato un nuovo approccio per la progettazione di interruttori ON-OFF molecolari basati su proteine che possono essere utilizzate in una moltitudine di applicazioni biotecnologiche, biomediche e di bioingegneria.
Il team di ricerca ha dimostrato che questo nuovo approccio consente di progettare e realizzare test diagnostici più rapidi e accurati per rilevare malattie, monitorare la qualità dell'acqua e rilevare inquinanti ambientali.
Il professor Kirill Alexandrov, della QUT School of Biology and Environmental Science, scienziato capo della CSIRO-QUT Synthetic Biology Alliance e ricercatore presso il Centro di eccellenza ARC in biologia sintetica, ha affermato che la nuova tecnica pubblicata su Nature Nanotechnology ha dimostrato che gli interruttori proteici potrebbero essere progettati in modo prevedibile.
Il professor Alexandrov ha affermato che i test diagnostici "point of care" attualmente disponibili che hanno fornito risultati immediati, come kit per test della glicemia, della gravidanza e del COVID, hanno utilizzato sistemi di rilevamento delle proteine per rilevare la presenza di zucchero, ormoni della gravidanza e proteine COVID.
"Questi, tuttavia, rappresentano solo una piccola parte di ciò che è necessario nel modello di assistenza sanitaria incentrato sul paziente", ha affermato il professor Alexandrov.
"Tuttavia, lo sviluppo di nuovi sistemi di rilevamento è un processo di tentativi ed errori impegnativo e dispendioso in termini di tempo."
"Il nuovo metodo 'nano-interruttore proteico' può accelerare enormemente lo sviluppo di diagnosi simili diminuendo i tempi e aumentando il tasso di successo. Utilizza proteine modificate per comportarsi come interruttori ON/OFF in risposta a obiettivi specifici."
"Il vantaggio del nostro approccio è che il sistema è modulare, simile alla costruzione con i mattoncini Lego, quindi puoi sostituire facilmente le parti per prendere di mira qualcos'altro, ad esempio un altro farmaco o un biomarcatore medico."
Il professor Alexandrov ha affermato che il metodo offre la possibilità di costruire molti test diagnostici e analitici diversi, con un’ampia gamma di possibili applicazioni tra cui la diagnostica nella salute umana e animale, kit di test per la contaminazione dell’acqua e il rilevamento di metalli delle terre rare nei campioni per indirizzare gli sforzi minerari.
Il gruppo di ricerca multidisciplinare comprendeva scienziati del QUT e del Centro di eccellenza in biologia sintetica dell'ARC, composto dal ricercatore capo, il professor Kirill Alexandrov, dal dottor Zhong Guo, Cagla Ergun Ayva, Patricia Walden e dalla professoressa associata Claudia Vickers.
Il team QUT ha collaborato con i principali elettrochimici Evgeny Katz e Oleh Smutok della Clarkson University di New York e con il patologo chimico Dr. Jacobus Ungerer del Queensland Health.
Per dimostrare la tecnologia, il team si è concentrato su un farmaco chemioterapico antitumorale che è tossico e richiede misurazioni costanti per garantire il benessere del paziente.
"Una quantità insufficiente di farmaco non ucciderà il cancro, ma una quantità eccessiva potrebbe uccidere il paziente", ha affermato il professor Alexandrov.
Il sensore progettato dal team per il farmaco utilizza un cambiamento di colore per identificare e quantificare il farmaco.
Il professor Alexandrov ha affermato che il passo successivo sarà testare il sensore nei laboratori del Queensland Health per l'approvazione per l'uso in ambito clinico.
"È davvero entusiasmante, perché è la prima volta che un biosensore proteico progettato artificialmente può essere effettivamente adatto per un'applicazione diagnostica nella vita reale", ha affermato il professor Alexandrov.
Il dottor Ungerer ha affermato che la tecnologia di ingegneria proteica sviluppata dal gruppo di ricerca ha fornito un nuovo mezzo per creare test di laboratorio.
"Ciò ha il potenziale per migliorare ed espandere i test di laboratorio, il che si tradurrà in sostanziali benefici economici e sanitari", ha affermato il dott. Ungerer.
Il dottor Guo ha affermato che questi progressi sono stati resi possibili da un team internazionale e interdisciplinare e da un eccellente lavoro di squadra.
Il professor Alexandrov ha affermato che il passo successivo sarà adottare questo approccio, standardizzarlo e ridimensionarlo, per poi iniziare a costruire sottosistemi più sofisticati. Ha detto che ci sono due direzioni future per il lavoro.
"Uno è sviluppare modelli computerizzati che ci consentano di progettare e costruire gli interruttori in modo ancora più rapido e preciso", ha affermato.
"L'altro è dimostrare la portata e il potenziale della tecnologia costruendo numerosi interruttori per diverse applicazioni diagnostiche."
Il professor Alexandrov ha affermato che il team sta attualmente modificando le proteine esistenti, ma in futuro potrebbe utilizzare gli stessi principi per sviluppare componenti che non esistono e che verrebbero progettati da zero.
"La nuova tecnica offre agli scienziati un controllo senza precedenti sulla costruzione di sistemi di rilevamento basati su proteine", ha affermato.
L'articolo "Sviluppo di porte logiche epistatiche YES e proteine e loro assemblaggio in cascate di segnalazione" è pubblicato su Nature Nanotechnology .
Ulteriori informazioni: Guo, Z. et al. Sviluppo di porte logiche proteiche epistatiche YES e AND e loro assemblaggio in cascate di segnalazione, Nature Nanotechnology (2023). DOI:10.1038/s41565-023-01450-y. www.nature.com/articles/s41565-023-01450-y
Informazioni sul giornale: Nanotecnologia naturale
Fornito dalla Queensland University of Technology
