Изобретен е бърз метод, наречен VEGAS, който работи в клетки на бозайници и може да даде полезни нови молекули за лекарства в рамките на няколко дни с помощта на "вирусна еволюция" , която ускорява насочената еволюция на клетките.
Той предоставя на учените мощен нов изследователски инструмент и потенциален път към по-добри терапии за различни заболявания.
За откритието на тази нова мощна техника, разработена от учени от Медицинския факултет на Университета в Чапел Хил (UNC), Северна Каролина, се съобщава в списание Cell.
Еволюцията е движещата сила на живота. При естествени условия, натискът от околната среда и естественият отбор принуждават организмите да произвеждат нови адаптации, за да оцелеят и да се размножават.
Биолозите използват същия метод в лабораторни условия и го наричат "насочена еволюция". Той вече позволява да се получават микроби и клетки, гени и протеини с желаните свойства, а през 2018 г. пионерите на тази техника получиха Нобелова награда по химия.
Но дори насочената еволюция изисква време и множество поколения, което затруднява прилагането на този обещаващ метод.
Сравнение на насочената еволюция с "естествената". Във вътрешния кръг са показани етапите на насочената еволюция, в скоби са имената на съответния етап на "естествената" еволюция. Външният кръг показва етапите на стандартен експеримент за провеждане на насочена еволюция. Wikimedia Commons
Съществуващите методи за насочена еволюция са по-трудоемки и отнемащи много време и обикновено се прилагат в бактериални клетки, което ограничава полезността на тази технология за употреба в човешки клетки.
Екипът от Университета на Северна Каролина демонстрира своя метод, наречен VEGAS (Viral Evolution of Genetically Actuating Sequences, „Вирусна еволюция за генетични симулации на последователностите”) като разработва няколко протеина, които изпълняват своите задачи точно, всеки път и то само след няколко дена насочена еволюция.
Ключово нововъведение на технологията е използването на вируса на треската Синдбис, характеризиращ се с висока вариабилност и способност за заразяване на клетки на бозайници. Модифицираните вирусни частици не носят опасни гени, но учените са им създали условия, така че да процъфтяват единствено тези мутантни гени, които кодират протеините, способни да осъществят желаната функция в клетките гостоприемници като активиране на определен рецептор или превключване на определени гени.
"Това, което сме разработили, е най-стабилната система за насочена еволюция в клетките на бозайници", коментира водещият автор на изследването Джъстин Инглиш (Justin G. English).
"Научната общност се нуждае отдавна от подобен инструмент", заяви старши авторът на изследването Брайън Рот (Bryan Roth).
За да демонстрират VEGAS на практика, авторите провеждат няколко експеримента. По-специално, те принуждават клетките да развият нова форма на тетрациклинов трансактиватор (tTA), който работи като превключвател за активиране на гените и е стандартен инструмент, използван в експериментите по биология. Обикновено tTA спира да работи, ако срещне антибиотик тетрациклин или тясно свързания с него доксициклин, но изследователите са разработили нова версия с 22 мутации, които позволяват на tTA да продължи да работи въпреки много високите нива на доксициклин. За целият процес са били нужни само седем дни - за сравнение, традиционните методи за насочена еволюция изискват за това повече от четири месеца и позволяват да се получи протеин само с две мутации и само частично резистентен към антибиотици.
След това учените са приложили VEGAS към обикновен тип клетъчен рецептор, наречен G-протеин-свързан рецептор (GPCR - G protein-coupled-receptor). Има стотици различни GPCR в човешки клетки и много от тях са цели за съвременните лекарства за лечение на голямо разнообразие от състояния. Точно как даден GPCR променя формата си, когато превключи от неактивно към активно състояние, е от голям интерес за изследователите, които се опитват да създадат по-прецизни терапии. Екипът използва VEGAS за бързо мутиране на малко проучен GPCR наречен MRGPRX2, така че да остане в постоянно активно състояние.
"Идентифицирането на мутациите, възникнали по време на тази бърза еволюция, ни помага да разберем за първи път ключовите региони в рецепторния протеин, участващи в прехода към активно състояние", обяснява Инглиш.
В последната демонстрация екипът показа потенциала на VEGAS при разработването на лекарства. Те използват VEGAS за бърза еволюция на малки биологични молекули, наречени нанотела (nanobodies), които могат да активират различни GPCR - включително серотонинови и допаминови рецептори, които се намират в мозъчните клетки и се прилагат в много психиатрични лекарства.
Сега екипът използва VEGAS в усилията си да разработи високоефективни средства за редактиране на гени, потенциално за лечение на генетични заболявания, и да разработи нанотела, които могат да неутрализират гени, причиняващи рак.
Справкa: VEGAS as a Platform for Facile Directed Evolution in Mammalian Cells, Justin G. English et al., Cell, 2019
Източник: Scientists invent fast method for 'directed evolution' of molecules, EurekAlert!
Още по темата
Животът
Израелски учени твърдят, че в рамките на една година ще имат лекарство срещу рак
Животът
Нобеловата награда за химия бе присъдена за контролираната еволюция
Физика
Нобеловата награда по химия е всъщност по биология
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари