Чтобы ускорить производственный процесс, исследователи Массачусетского технологического института разработали машину, которая может быстро производить большое количество индивидуальных пептидов. Их новая настольная машина может формировать связи между аминокислотами, строительными блоками белков, примерно за 37 секунд, а для генерации полных пептидных молекул, содержащих до 60 аминокислот, требуется меньше часа.
«Вы можете набрать любые аминокислоты, которые захотите, и машина начнет печатать эти пептиды быстрее, чем любая машина в мире», — говорит Брэдли Пентелут, доцент кафедры химии Pfizer-Laubach в Массачусетском технологическом институте.Эта технология может помочь исследователям быстро создавать новые пептидные препараты для тестирования различных заболеваний, а также открывает возможность простого производства индивидуальных противораковых вакцин для отдельных пациентов.
Пентелут — старший автор статьи с описанием новой системы в выпуске журнала Nature Chemical Biology от 27 февраля. Ведущие авторы статьи — аспиранты Александр Михалис и Дейл Томас; другие авторы — аспирант Марк Саймон, научный сотрудник Андреа Адамо, Райан Бомонт и профессор химического машиностроения Уоррен К. Льюис Клавс Йенсен.
Быстрый потокИспользуя традиционные методы производства пептидов, которые были разработаны более 20 лет назад, требуется около часа для проведения химических реакций, необходимых для добавления каждой аминокислоты в пептидную цепь.
Pentelute, Jensen и их коллеги несколько лет назад решили разработать более быстрый метод, основанный на новом производственном подходе, известном как химия потока. Согласно этой стратегии, химические вещества проходят через серию модулей, каждый из которых выполняет одну стадию общего синтеза.
Первая версия машины для синтеза пептидов на основе потока, о которой сообщалось в 2014 году, ускорила процесс примерно до трех минут на каждую пептидную связь. В своей последней работе исследователи надеялись сделать синтез еще быстрее за счет автоматизации большей части процесса. В более ранней версии человеку, управляющему машиной, приходилось вручную откачивать аминокислоты из бутылок для хранения, но новая машина автоматизирует и этот этап.«Когда мы собирались проектировать автоматизированную машину, мы сосредоточились на том, чтобы все этапы контролировались компьютером, и это устранило бы множество человеческих ошибок и ненадежности, которые связаны с тем, кто выполняет этот процесс вручную», — говорит Михалис.
Как только пользователь вводит желаемую аминокислотную последовательность, аминокислоты закачиваются в правильном порядке в модуль, где они на короткое время нагреваются примерно до 90 градусов Цельсия, чтобы сделать их более химически реактивными. После активации аминокислоты попадают в камеру, где они добавляются к растущим пептидным цепям.«Это очень итеративный процесс, в котором вы строите эту молекулярную цепочку, шаг за шагом», — говорит Михалис.По мере того, как каждая аминокислота добавляется в цепочку, исследователи могут измерить, сколько было правильно введено, путем анализа продуктов жизнедеятельности, которые попадают в последнюю камеру устройства.
Современная машина присоединяет каждую аминокислоту к цепи с эффективностью около 99 процентов.Индивидуальная химия
После синтеза небольшие пептиды могут быть соединены вместе с образованием более крупных белков. Пока что исследователи создали белки, продуцируемые ВИЧ, фрагмент антифриза (который помогает организмам выжить в условиях сильного холода) и токсин, выделяемый улитками. Они также работают над воспроизведением токсинов от других животных, которые потенциально могут использоваться в качестве обезболивающих, разжижителей крови или агентов свертывания крови. Они также создали противомикробные пептиды, которые ученые исследуют как возможный новый класс антибиотиков.
Еще одно возможное применение новой машины — создание пептидов, которые можно использовать в качестве персонализированных противораковых вакцин, нацеленных на уникальные белки, обнаруженные в опухолях отдельных пациентов. «Это именно то, что делает наша машина, и она делает их в масштабах, готовых удовлетворить этот спрос на персонализированные противораковые вакцины», — говорит Пентелут.Команда Массачусетского технологического института также заинтересована в адаптации этой технологии для создания других молекул, в которых строительные блоки связаны в длинные цепи, таких как полимеры и олигонуклеотиды (цепи РНК или ДНК).
«Мы можем начать думать о персонализированной химической машине», — говорит Пентелут. «Он модульный, и его можно адаптировать ко всем видам другой химии».