Команда Медицинской школы Йонг Лу Линь NUS (NUS Medicine) изобрела принципиально новый способ сворачивания и защиты рекомбинантных белков. Полученная из быстро развивающейся области синтетической биологии, эта технология «белок в белке» может увеличить выход функционального белка в 100 раз и защитить рекомбинантные белки от нагревания, агрессивных химикатов и протеолиза.
Экспрессия и стабилизация рекомбинантных белков является краеугольным камнем биологической и фармацевтической промышленности. Затраты и сложность, связанные с производством трудноукладываемых рекомбинантных белков в промышленных масштабах, являются существенным ограничивающим фактором для их использования в клинических и промышленных применениях.
Исследование под руководством доктора Честера Драма, доцента кафедры медицины и биохимии NUS Medicine, было опубликовано в журнале Nature Communications 13 ноября 2017 года. Доктор Драм и его коллеги разработали экзооболочку диаметром 12 нанометров и обернули ее это вокруг интересующего белка (POI). Они впервые продемонстрировали, что эту технологию можно использовать для сворачивания и защиты различных белков внутри специально созданных полостей, ширина которых составляет менее 1:10 000 ширины человеческого волоса.
Исследователи разработали эту технологию «белок в белке» с помощью Archeoglobus fulgidus, выносливой бактерии, которая естественным образом встречается в гидротермальных жерлах. Эти гипертермофильные бактерии выработали уникальные решения для сворачивания и стабилизации белков благодаря экстремальным условиям, в которых они живут.
В частности, исследователи использовали железосодержащий 24-субъединичный белок A. fulgidus, называемый ферритином, естественной функцией которого является хранение и транспортировка железа в крови. Ферритин из A. fulgidus обладает двумя уникальными свойствами: во-первых, четыре крошечные поры в его оболочке обеспечивают доступ небольших молекул в полость; во-вторых, в отличие от человеческого ферритина, который стабилен при низких концентрациях соли, сконструированный ферритин A. fulgidus диссоциирует при низких концентрациях соли, позволяя высвобождать содержимое полости простым переключением pH с 8,0 на 5,8. После диссоциации POI может высвобождаться ферментативно.
Чтобы продемонстрировать широкую универсальность своей технологии, исследователи протестировали свою технологию exoshell, объединив одну из 24 субъединиц ферритина вокруг трех POI с различными свойствами - зеленого флуоресцентного белка, пероксидазы хрена (HRP) и люциферазы Renilla.
Экзооболочка не только помогла увеличить выход всех трех POI, исследователи также смогли доставить кофакторы гем и кальций, в дополнение к окислительным условиям, чтобы гарантировать, что сложные POI, такие как белок HRP, могут складываться и функционировать. правильно.
Помимо помощи в правильном складывании POI, экзооболочки также защищали от широкого спектра денатурантов, включая трипсин высокой концентрации; органические растворители, такие как ацетонитрил и метанол; и денатурирующие вещества, такие как мочевина, гуанидин соляная кислота и нагревание.
Мы предполагаем, что значительное увеличение выхода функционального белка может быть связано с комплементацией между отрицательно заряженными белками и положительно заряженной внутренней поверхностью экзооболочки. Наши результаты подчеркивают потенциал использования высокотехнологичных оболочек нанометрового размера в качестве инструмент синтетической биологии, способный значительно повлиять на производство и стабильность рекомбинантных белков», - сказал доктор Драм, который также является консультантом-кардиологом в больнице Национального университета и директором инновационной лаборатории клинических испытаний в TLGM, ASTAR.
Нанятый в Национальный университет Сингапура в 2011 году, он с тех пор получает финансирование от Сингапурского MIT Alliance for Research and Technology, Национального совета медицинских исследований, Совета биомедицинских исследований, ASTAR и NUS Medicine.