Новая технология ускоряет производство белковой нано-брони

Исследователи Университета Карнеги-Меллона разработали методы, которые ускоряют процесс развития химически связанных синтетических и биологических молекул в более чем в 10 раз в естественных условиях. Полученные результаты могут сделать производство биоконъюгатов для использования в биомедицине, материаловедении и других областях более эффективным и экономичным.

Биоконъюгаты образуются, когда биологическая молекула соединяется с другой молекулой с использованием ковалентных связей (биоконъюгация*). Например, в случае биологических препаратов, таких как интерферон, препарат связан с полимерами, которые действуют как нано-доспехи, которые защищает препарат от повреждения до достижения им его цели.

Следует отметить, что создание биоконъюгатов всегда было делом дорогостоящим, трудоемким и трудно контролируемым.

Алан Расселл профессор химического машиностроения и директор Института технологий и Кшиштоф Матяжевский, профессор естественных наук Университета Дж. Уорнера обнаружили, как ускорить выполнение этого сложного процесса в естественных условиях.

Биоконъюгаты традиционно изготавливаются в растворе, и очистка после каждого этапа может занять несколько дней или недель. Даже опытному специалисту может потребоваться неделя, чтобы сделать несколько конъюгатов.

Рассел и Матяжевский переработали химию процесса для того, чтобы биоконъюгаты значительно сократили время синтеза и очистки и сделали такой подход настолько простым, что даже неспециалисты могли бы создавать биоконъюгаты. Работа, выполненная командой ученых основывается на методе атомной передачи радикальной полимеризации (ATRP), новом методе синтеза полимера, разработанном лабораторией Матяжевского.

В статье, опубликованной в Nature Communications, ученые представили новый метод выращивания полимеров на белках, известный под названием белок-ATRP на реверсивной иммобилизационной поддержке (PARIS). Он использует метод «прививки», который изящно контролирует рост синтетических молекулярных структур с поверхности белков. Эти структуры могут образовывать прочную нано-броню, которая защищает биомолекулу.

Исследователи получили значительный прогресс в создании биоконъюгатов с использованием ATRP.

ATRP очень чувствителен к атмосферному кислороду, что ограничивает его использование в естественных условиях. Новая работа, в соавторстве с Алан Энсисо и Лие Фу, описывает новый метод, известный как «дышащий ATRP», который полностью кислородно-толерантен.

«Основная идея была вдохновлена ​​классическими циклами дыхания, действующими в клетках», — говорит Матяжевский в статье «Nature Reviews Chemistry». «Это первый пример полностью кислородно-толерантного, хорошо контролируемого ATRP».

Новые методы выращивания полимеров и бронирующих белков могут повлиять на многие аспекты нашей повседневной жизни.

«Многие люди используют ферменты в своей повседневной жизни, — говорит Рассел. «Мы используем белки и ферменты в моющих средствах для стирки и мытья, производстве пива, производстве бумаги, лекарствах и т. д. Наша работа направлена ​​на улучшение воздействия этих белков на всю нашу жизнь».

*Биоконьюгация — (Bioconjugation) представляет собой химическую стратегию формирования стабильной ковалентной связи между двумя молекулами, из которых по крайней мере одна является биомолекулой.

Больше информации: Hironobu Murata et al. Solid-phase synthesis of protein-polymers on reversible immobilization supports, Nature Communications (2018). DOI: 10.1038/s41467-018-03153-8