Химики синтезировали миллионы новых белков, которых нет в природе
Все белки, продуцируемые клетками, состоят из различных комбинаций 20 аминокислот, а сам процесс запрограммирован генетическим кодом. Команда MIT придумала способ самостоятельно собирать из аминокислот новые белки (которые, естественно, не встречаются в природе) — в том числе и те, которые являются зеркальными отображениями природных веществ.
Ксенопротеины: белки, которых нет в природе
Подобные белки называются «ксенопротеины» и обладают рядом преимуществ по сравнению с естественными аналогами. Они намного более стабильны, что означает, что в отличие от большинства натуральных препаратов они не требуют хранения при низких температурах и не могут спровоцировать иммунный ответ — что само по себе огромный плюс.
«В настоящее время не существует других платформ для создания ксенопротеинов, поскольку ранее ученые не пытались собрать всю молекулу целиком только из "чужеродных" белков», поясняет Брэд Пентелют (Brad Pentelute), ведущий автор статьи, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Пентелют и его коллега Тимоти Джеймсон начали этот проект четыре года назад, совместно с агентством DARPA. Агентство попросило их придумать способ создания молекул, которые имитировали бы естественные белки, но состояли бы при этом из искусственных аминокислот. Принимая во внимание то, что DARPA занимается преимущественно проектами военного назначения, вероятно в будущем разработка ученых может быть использована не только в мирных, но и в боевых целях — к примеру для синтеза отравляющих веществ, которые будет очень сложно идентифицировать.
«Наша миссия заключалась в создании платформы, на базе которой можно будет создавать целые библиотеки новых молекул, которые попросту не существуют в природе, после чего использовать их для собственных нужд», признаются ученые. Основой проекта стала предыдущая работа Пентелюта — система, способная выполнять все химические реакции, необходимые для синтеза новых белковых соединений. В результате, на весь процесс уходит всего несколько минут.
В качестве строительных блоков для ксенопротеинов исследователи использовали 16 энантиомеров (то есть «зеркальных двойников») аминокислот. Аминокислоты могут существовать в двух конфигурациях, известных как L- и D-формы. Их химический состав идентичен, а вот расположение атомов в молекуле отличается как оригинал и его отражение в зеркале. В клеточных процессах используются только L-аминокислоты. Исследователи же использовали процессы синтеза для создания десятков миллионов белков, каждый их которых состоит примерно из 30 аминокислот, при этом все они находятся в D-форме. Все они обладают схожей «складчатой» структурой, основанной на форме природного белка — ингибитора трипсина. Стоит отметить, что раньше такое колоссальное количество новых белков из искусственных аминокислот не получалось синтезировать ни у одной исследовательской группы.
Заключение
В настоящее время исследователи работают над синтезом ксенопротеинов, которые могли бы образовывать надежные связи с природными белками. Долгосрочная цель проекта заключается не только в синтезе, но и в идентификации белков — таким образом можно будет быстро нейтрализовать любые вредоносные агенты, попавшие в организм человека. В дополнение к этому ученые надеются создать «ксенозимы» — ксенобелки, которые могут быть использованы как ферменты для катализации химических реакций новых типов.