У вирусов есть оболочки, которые созданы, чтобы выжить в суровых условиях, защищая свой груз, пока они не найдут клетку, которую можно заразить. Однако оболочку можно использовать во благо, потому что эта стабильность делает ее пригодной для защиты более полезных грузов, таких как лекарства, которые могут быть доставлены в специфически нацеленные клетки.Исследование было сосредоточено на белке, используемом бактериальным вирусом, называемым бактериофагом MS2.
Этот белок может самособираться, создавая безвредный каркас из вирусной оболочки, сказала Даниэль Туллман-Эрчек, доцент кафедры химической и биологической инженерии инженерной школы Маккормика.«В биологии всему есть свое место. Биология — это прекрасно, за исключением того, что мы не знаем правил», — сказал Туллман-Эрчек. «Наше открытие было методом определения этих правил проектирования».
Исследование, проведенное в сотрудничестве с профессором химии Мэтью Фрэнсисом и его коллегами из Калифорнийского университета в Беркли, заняло более двух лет. Результаты были опубликованы 11 апреля в журнале Nature Communications.Работа позволила исследователям изучить, какие специфические мутации белка разрушили вирусный каркас или изменили свойства структуры.
Для этого команда разработала новую технику под названием SyMAPS (Систематическая мутация и отбор собранных частиц), которая отделяла мутировавшие каркасные белки, которые остались нетронутыми, от тех, которые распались во время мутации.В общей сложности команда протестировала около 2600 версий белка, который составляет основу с закрытой оболочкой, похожую на футбольный мяч.«Каркасный белок MS2 имеет 129 позиций, в которых мы можем произвести замены, заменив существующую аминокислоту в этом положении на все другие аминокислоты», — сказала Эмили Хартман, кандидат химических наук на четвертом курсе в Калифорнийском университете в Беркли и ведущий автор исследования. бумага. «Меняя местами все 20 встречающихся в природе аминокислот, по одной в каждой позиции белка, мы в конечном итоге проверяем 20 переменных в 129 позициях».
Команда считает, что понимание того, как мутации изменяют каркас, дает важное понимание того, как эти перепрофилированные вирусные белки могут быть использованы в медицине.«Каркас, который вам нужен для доставки лекарств, может отличаться от того, который вам нужен для вакцины», — сказал Туллман-Эрчек. «Мы могли бы захотеть изменить свойства заряда на поверхности, чтобы улучшить нацеливание, или добавить что-нибудь внутрь конструкции, например, зарядить ее датчиком или диагностическим самописцем».Например, структура, которая распадается в определенной среде, может помочь адресной доставке лекарств, такой как химиотерапия.«В ходе исследования мы искали мутанты, чувствительные к кислоте», — сказал Хартман. «Кровоток не является кислым, но, оказавшись внутри раковой клетки, он становится намного более кислым.
Если каркас развалится в кислой среде, он будет легче высвобождать лекарство внутри раковой клетки».Обнаружена структура, менее устойчивая к кислой среде, и команда продолжит работу в этой области.Кроме того, исследование предлагает понимание того, что может естественным образом возникнуть в мутирующем вирусе, таком как грипп. «Это может дать нам представление о том, какие места в вирусе могут иметь более высокий уровень мутации.
Эта информация может быть использована учеными для разработки новых вакцин», — сказал Туллман-Эрчек.По ее словам, команда и их коллеги из обоих университетов будут использовать эту работу в качестве основы для конкретных приложений для вирусного каркаса.«Эта статья — действительно первый шаг в большом наборе историй», — сказал Хартман. «В этом сотрудничестве между университетами ведется большая работа. Я очень рад видеть, к чему это приведет.
Исследование основано на более ранней работе Таллмана-Эрчека, которая обнаружила, что единственная аминокислотная мутация в том же каркасе бактериофага MS2 резко изменила его размер.Туллман-Эрчек работает преподавателем в Северо-Западном Центре синтетической биологии.
Этот двухлетний центр объединяет ученых из инженерии, медицины, физики и информатики, заинтересованных в манипулировании биологией, чтобы помочь обществу. Большая часть синтетической биологии сосредоточена на изменении клетки путем изменения ее ДНК, создания новых специализированных продуктов.
Работа была поддержана Исследовательским бюро армии и программой BASF CARA в Калифорнийском университете в Беркли.