Ученые часто строят новые белковые молекулы, связывая вместе группы аминокислот. Эти цепочки аминокислот, называемые полипептидами, являются строительными блоками, необходимыми для разработки лекарств и создания новых биоматериалов.
Однако процесс создания полипептидов сложен. Исследователи сообщают, что они разработали более быстрый, простой и дешевый метод создания новых полипептидов, чем тот, который был доступен ранее. В новом подходе используется оптимизированный процесс, который одновременно очищает предшественники аминокислот и создает полипептиды, в отличие от предыдущих методов, в которых процессы были отдельными, трудоемкими и длительными.
Традиционно создание полипептидных цепей было очень сложным процессом, сказал профессор материаловедения и инженерии Университета Иллинойса Цзяньцзюнь Ченг, который руководил новым исследованием. По его словам, синтез и очистка предшественников аминокислот, а именно N-карбоксиангидрида, или NCA, требует нескольких дней утомительных усилий, а построение полипептидных цепей занимает от нескольких часов до нескольких дней.
«Область никогда не становилась большой, отчасти потому, что синтез полипептидов очень сложен», - сказал Ченг. «NCA содержит много примесей, которые трудно удалить. До сих пор для синтеза высококачественных полипептидов требовались сверхчистые NCA».
В биологических клетках ферменты, называемые рибозимами, соединяют аминокислоты вместе, образуя белки, сказал Ченг. Этот процесс происходит в присутствии воды, соли и множества других молекул. Однако воспроизвести этот процесс в лаборатории очень сложно. Современные методы требуют от исследователей использования очищенных молекул NCA и построения цепей в безводной среде.
Чэн и его коллеги черпали вдохновение в рибозимах, которые быстро создают цепочки аминокислот, изолируя их от клеточной среды. Команда разработала систему, которая имитирует функцию рибозима, быстро выстраивая цепочки аминокислот и удаляя любые молекулы, которые могут загрязнить систему. Это позволяет исследователям строить нужные цепи с нечистыми NCA.
«Впервые с момента открытия молекулы NCA в 1906 году мы смогли построить длинные цепи, используя неочищенный NCA», - сказал Ченг.
«Я работал над очисткой NCA в течение нескольких лет и нашел это очень болезненным, потому что процесс требовал безводных условий и был технически сложным», - сказал исследователь с докторской степенью Зиюань Сонг, сотрудник лаборатории Ченга. «Вот почему в этой области работает не так много исследовательских групп. С помощью этого метода мы можем привлечь больше людей и найти больше применений."
Метод можно использовать в химии, биологии и промышленности, где белковые цепи обычно используются в качестве строительных блоков для сборки полезных молекул, сказал исследователь.
«Раньше для создания этих строительных блоков требовались специализированные химики, такие как мы», - сказал Ченг. «Наш новый протокол позволяет любому человеку с базовыми знаниями в области химии создавать нужные полипептиды за несколько часов».
Исследователи изучают, как расширить этот процесс и исследовать весь спектр химических и биологических применений, которые позволяет новый подход.
Исследователи сообщают о своих выводах в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Национальный научный фонд и Национальные институты здравоохранения поддержали эту работу.