新しい形状を変えるタンパク質は、薬と農業のドアを開きます

タンパク質は、遭遇する分子に応答して形状を変えるため、生命の中心です。いくつかはミリ秒で変換され、筋肉の動きから神経系のシグナルまですべてを引き起こします。科学者は、これらの生物学的構成要素を設計して、特定のタスクを実行するために何十年もの間試みてきました。 現在、Tanja Kortemme、PhDが記述した細胞に見られるものと同じように調整する合成タンパク質の新鮮な例があります。 カリフォルニア大学サンフランシスコ。形を変えるタンパク質天然タンパク質は、イオンや小分子などのトリガーに会うと、新しい構成にシフトします。この動きは、 神経毒、心筋の収縮、または複雑な栄養素の分解。最近まで、ほとんどのエンジニアリング方法は、剛性の形状の構築に焦点を当てていました。そのアプローチは、家庭用クリーニングソリューションとインスリンのような救命薬を駆動していますが、生物系に見られる優雅な動きを捉えようとすると不足していました。多くのチームは、などの高度な計算ツールを使用しています alphafold2、タンパク質の折りたたみを予測する。数年前、これらのツールは飛躍し、かつて数ヶ月間研究室を消費していた困惑するパズルを解きました。最新の研究では、これらの予測に動きを加えています。 2つの形状を切り替えることができるようにタンパク質を調整することにより、科学者は医学、農業、さらには環境の浄化においてさえ可能性を開くことを望んでいます。初期の合成タンパク質は硬直したままでした以前の合成タンパク質は通常静的でした。彼らはある形に閉じ込められたままでしたが、これはいくつかのタスクには十分でしたが、オンオフメカニズムに依存する信号には制限されていました。代謝または細胞分裂を制御する薬物は、しばしば活性状態と非アクティブな状態の間を移動するタンパク質を標的とします。同様のダイナミクスを備えた合成バージョンを設計する機能は、医薬品開発を変える可能性があります。エイミー・グオ、UCSFの大学院生は、単純なタンパク質に小さなスイングセグメントを追加して、カルシウムイオンを結合できるようにすることに焦点を合わせました。新しいセグメントは、そのイオンの有無に基づいて位置を切り替えました。成功すると、彼女は高度なモデリング手法をタップして、構造が両方の構成で安定したままであることを確認しました。これらの手法は、最後の2つに収束する前に、可能な形のライブラリに依存していました。タンパク質の形を変えるための1つの小さなループ重要なテストの1つには、によって実行される核磁気共鳴シミュレーションが含まれていました マーク・ケリー、UCSFの医薬品化学者。 これらのシミュレーションは、合成タンパク質がカルシウムを捕捉し、元の形状に戻ることができることを確認しました。研究チームは、より洗練された反応へのドアを小さな修正する方法に魅了されています。短い可動ループは、タンパク質の構造全体を再構成し、微妙な信号を拾うセンサーへの道を開くことができます。なぜこの問題があるのですか？科学者はアプリケーションを見ています バイオセンサー これは、生物の条件を監視し、初期の病気の兆候のトリガーアラートを監視します。他の人は、プラスチックを分解したり、作物を極端な温度に適応させるタンパク質を想像しています。「この研究は、生物医学をはるかに超えて農業と環境につながる道の最初のステップです」とタンジャ・コルテムは言いました。彼女のチームの成果は、多様な用途における形状変化タンパク質の重要性を強調しています。「私たちは、多くの状況で適用できる設計方法を考案したかったのです」とGuo氏は言います。彼女は、タンパク質の設計の小さな微調整がその活性状態をロックまたはロック解除できることを観察しました。 これらの努力は、体内の化学シグナルを感知し、それらに反応し、安静な形に戻る新しい治療薬を形作るのに役立つかもしれません。このような変更により、よりターゲットを絞った介入が可能になり、おそらく副作用が軽減されます。形状変化タンパク質はエネルギーを賢く使用します研究者は、代謝、免疫応答、およびその他の必須システムのエンジンがシフトタンパク質を介して機能していることを指摘しています。よく調整された合成タンパク質は、金属の微小作品を修復したり、作物の回復力を高めたりする可能性があります。「それは本当にこれが本当のことであり、私たちが本当にやったという自信を与えてくれます」とグオは言いました。この発見は、複数の分析手順を通じて確認されました。「可能性は本当に無限です」とグオは言いました。実験的検証は続き、形状を変えるタンパク質がさまざまな科学分野を変換できることを示しています。動的タンパク質 それらの立体構造シフトはしばしば特定の環境の手がかりにかかっているため、効率的なプロセスに対する自然の好みを反映しています。それらの形状は必要なときにのみ適応し、反応性を高めながらエネルギー廃棄物を最小限に抑えます。これらの品質を備えた設計された分子は、ヘルスケアと生態学的管理における緊急の問題に対処できます。 形状を変化させるタンパク質は、汚染物質を検出し、それを中和し、別の出会いのためにそれ自体をリセットし、従来の静的システムよりも優位に立つことができます。反応する人工タンパク質の構築一部の研究者は、体の免疫系の細かく調整されたスイッチのように機能する人工タンパク質を想定しています。これらのスイッチは、ウイルスまたは腫瘍マーカーを識別し、形状を変化させて治療剤を提供し、脅威が解決したら戻ることができます。その他は、燃料または持続可能な材料を生産するための合成生物学の潜在的な用途を指摘しています。このようなタンパク質は、温度シフトに基づいて構造を適応させ、多様な産業プロセスで最適なパフォーマンスを確保する可能性があります。追加の調査には、ワクチンを安定させるために形状変化タンパク質を活用することが含まれます。温度変動に柔軟に応答することにより、これらの分子は、リソース制限領域のコールドチェーン要件を減らす可能性があります。研究者はまた、動的タンパク質が機械的ストレスの下で急速な構造変化を必要とするタスクを処理できるかどうかを調べています。これにより、適応材料に依存するエンジニアリング分野の未来を形作る可能性があります。この研究はに公開されています 科学。- -Eric RallsとEarth.comから提供された無料のアプリであるEarthSnapで私たちをチェックしてください。- - #新しい形状を変えるタンパク質は薬と農業のドアを開きます