שימוש במחשבים לעיצוב חלבונים מאפשר לחוקרים לייצר הידרוג'לים ניתנים לשינוי שיכולים להיווצר בתוך ומחוץ לתאים

פרסומת
MAGNEZIX מגנזיקס


כאשר חוקרים רוצים לחקור כיצד COVID גורם לנו לחלות, או מה מחלות כמו אלצהיימר עושות לגוף, גישה אחת היא להסתכל על מה שקורה בתוך תאים בודדים.

פרסומת

חוקרים לפעמים מגדלים את התאים בפיגום תלת מימדי הנקרא "הידרוגל". רשת זו של חלבונים או מולקולות מחקה את הסביבה בה יחיו התאים בתוך הגוף.

מחקר חדש בראשות אוניברסיטת וושינגטון מדגים סוג חדש של הידרוג'לים שיכול להיווצר לא רק מבחוץ, אלא גם בתוכם. הצוות יצר את ההידרוג'לים הללו מאבני בניין חלבונים שתוכננו באמצעות מחשב ליצירת מבנה ספציפי. ההידרוג'לים הללו הציגו תכונות מכניות דומות הן בתוך ומחוץ לתאים, מה שסיפק לחוקרים כלי חדש לקבץ חלבונים בתוך התאים.

הצוות פרסם את התוצאות הללו ב-30 בינואר ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדעים.

"בעשר השנים האחרונות חל שינוי בעולם הביולוגיה של התא", אמר שותף בכיר בסופר קול דפורסט, פרופסור חבר להנדסה כימית וביו-הנדסה ב-UW. "באופן קלאסי, אנשים ייחסו חלק גדול מהארגון הפנימי של התא לאברונים הקשורים לממברנה, כמו המיטוכונדריה או הגרעין. אבל כעת מדענים מבינים שלתא יש למעשה דרכים אחרות לרכז מולקולות או חלבונים מסוימים באופן מקומי מבלי להשתמש בממברנות, למשל. , על ידי אינטראקציות חלבון-חלבון. ריכוז זה מאפשר לתא להפעיל או לכבות פונקציות ספציפיות שיכולות להועיל או להוביל בסופו של דבר למחלה."

DeForest המשיך: "מה שלדעתי די מרגש כאן הוא שיש לנו שליטה מכנית טובה על ההידרוג'לים שלנו – גם כשהם נוצרים בתוך תאים אנושיים. זה אומר שאנחנו יכולים לכוון אותם כך שיפעלו בעצם כגרסה סינתטית של כל תופעת סילוק שאנחנו רוצה ללמוד, כמו איך צבירת חלבונים יכולה להוביל לאלצהיימר."

אחד המרכיבים המרכזיים במחקר זה היה שאבני הבניין של החלבון תוכננו מאפס – הם לא קיימים בשום מקום בטבע – באמצעות מחשבים.

"אתה יכול לדמיין חלבון כמחרוזת של יחידות משנה הנקראות חומצות אמינו. המחרוזת הזו מתקפלת ליצירת מבנה תלת מימדי. יש 20 חומצות אמינו שונות, וחלבון טיפוסי מורכב מ-100 עד 200 מהן. המערכת מאוד מורכבת, כי איך אתה יודע איך היא הולכת להתקפל?" אמר הסופר הראשי רובול מוט, שהשלים את המחקר הזה כחוקר פוסט-דוקטורט של UW במכון לעיצוב חלבון וכעת הוא עמית מחקר בבית הספר לרפואה של הרווארד ובבית החולים לילדים של בוסטון. "שם נכנס לתמונה המחשב – הוא עושה חישובים כדי להעריך את הצורה התלת מימדית הסבירה ביותר. ובאופן דומה, אתה יכול להגיד לו איזו צורה אתה רוצה והוא אומר לך איזה רצף אתה צריך כדי לבנות את החלבון".

כדי ליצור מגוון של הידרוג'לים בעלי תכונות שונות, הצוות השתמש בתכנון חישובי כדי לשלוט עד כמה אבני הבניין החלבון היו תקלות או קשיחות וכיצד אבני הבניין מתארגנות ומתחברות ליצירת ההידרוג'ל. החוקרים השתמשו גם בשתי שיטות שונות כדי לקשר בין אבני הבניין: האחת קישרת ביניהן באופן בלתי הפיך והשנייה אפשרה לחלבונים להתנתק ולהתחבר מחדש.

"מערכות מקושרות באופן בלתי הפיך הולכות להיות יציבות יותר באופן מהותי, מה שהופך אותן טובות יותר עבור תרבית תאים ארוכת טווח והנדסת רקמות תפקודית", אמר DeForest, שהוא גם חבר סגל במכון להנדסה מולקולרית ומדעים של UW ובמכון UW לגבעולים רפואת תאים ורפואה רגנרטיבית. "אבל המערכות המצולבות באופן הפיך הן נוזליות יותר, מה שעשוי להיות טוב יותר להנעת אינטראקציות חלבון-חלבון ספציפיות בתוך תאים חיים."

כדי לקבוע אם ההידרוג'לים בתאים היו בעלי מאפיינים דומים בהשוואה למקביליהם החוץ-תאיים, החוקרים בדקו האם אבני הבניין בתוך ההידרוג'לים יכולות לנוע. סביר יותר שהידרוג'ל נוקשה יותר ילכוד את החלבונים בעמדה אחת בהשוואה לג'ל נוזלי יותר. התכונות המכניות של כל סוג של הידרוג'ל נשארו גם כשהן בתוך תא.

הצוות מתכנן להמשיך ולחקור את המערכת הזו, כולל יכולת לשלוט טוב יותר כיצד הידרוג'לים נוצרים ומתמקמים בתוך תאים.

החלק החשוב ביותר בפרויקט הזה, אמרו החוקרים, היה שיתוף הפעולה בין מעצבי חלבונים ומהנדסים כימיים וביולוגיים.

"שיתוף הפעולה הבין-תחומי שלנו עם הקבוצה של קול היה מאוד מרגש, ופתח מסלולים למעמדים חדשים של חומרים ביולוגיים עם מגוון רחב של יישומים", אמר מחבר בכיר שותף דיוויד בייקר, מנהל המכון לעיצוב חלבון.



קישור לכתבת המקור – 2024-01-31 03:09:24

Facebook
Twitter
LinkedIn
Telegram
WhatsApp
Email
פרסומת
תכנון תשתיות רפואיות

עוד מתחומי האתר