دسته‌بندی نشده

دانشمندان در حال طراحی پروتئین دست ساز برای انسان هستند!

پروتئین دست ساز

بدن ما حدود ۲۰،۰۰۰ نوع مختلف پروتئین، از کلاژن در پوست ما گرفته تا هموگلوبین در خون ما، را تولید می کند. بعضی از آنها شکل صفحه های مولکولی، و بعضی دیگر به شکل الیاف، جعبه، تونل، و حتی قیچی را به خود می گیرند.

دانشمندان تقریبا پروتئین ها را از دو قرن پیش مورد مطالعه قرار داده اند و در این مدت، شیوه ساخت بعضی از شکل های آن را یاد گرفته اند. آنها به مدت طولانی رویای ساخت پروتئین های جدیدی که در طبیعت یافت نمی شود را در سر داشته اند.

اما آنها با یک چالش بزرگ مواجه بوده اند: چگونه ساختمان یک پروتئین به شکل نهایی خود می رسد. دیوید بیکر، ۵۵ ساله، مدیر موسسه طراحی پروتئین در دانشگاه واشنگتن، حدود ۲۵ سال به بررسی این مفهوم پرداخته است:

۰

بدن انسان متشکل از ده ها هزار سلول پروتئینی، که هر کدام برای کاری خاص ساخنه شده اند، می باشد. اکنون محققان یاد گرفته اند که چگونه پروتئین دست ساز یا نسخه هایی که در طبیعت یافت نشده، را بسازند. بدن ما حدود ۲۰،۰۰۰ نوع مختلف پروتئین، از کلاژن در پوست ما گرفته تا هموگلوبین در خون ما، را تولید می کند. بعضی از آنها شکل صفحه های مولکولی، و بعضی دیگر به شکل الیاف، جعبه، تونل، و حتی قیچی را به خود می گیرند.

  • دانشمندان تقریبا پروتئین ها را از دو قرن پیش مورد مطالعه قرار داده اند و در این مدت، شیوه ساخت بعضی از شکل های آن را یاد گرفته اند. آنها به مدت طولانی رویای ساخت پروتئین دست ساز جدیدی که در طبیعت یافت نمی شود را در سر داشته اند.
  • اما آنها با یک چالش بزرگ مواجه بوده اند: چگونه ساختمان یک پروتئین به شکل نهایی خود می رسد. دیوید بیکر، ۵۵ ساله، مدیر موسسه طراحی پروتئین دست ساز در دانشگاه واشنگتن، حدود ۲۵ سال به بررسی این مفهوم پرداخته است:
  • به لطف منابع گردآوری شده از رایانه و گوشی های هوشمند متعلق به بیش از یک میلیون داوطلب، دانشمندان متوجه شده اند که چگونه ساختار های مورد نیاز برای ایجاد یک پروتئین دست ساز به شکلی که آنها می خواهند، را انتخاب کنند.
  • دکتر بیکر و همکارانش در یک سری مقالات منتشر شده در سال جاری نتایج این کار را به نمایش گذاشتند. آنها هزاران نوع از پروتئین های مختلف تولید کرده اند که اغلب آنها با گونه های موجود در طبیعت متفاوت هستند.
  • دکتر بیکر می گوید: “ما اکنون می توانیم پروتئین ها را از ابتدا برای کاری که می خواهیم انجام دهیم، بسازیم. که این یک پیشرفت علمی بزرگ است.”
  • دکتر دیوید بیکر در آزمایشگاه خود در دانشگاه واشنگتن، جایی که دانشمندان در حال یادگیری نحوه ایجاد پروتئین های سلولی برای انجام کارهای مختلف هستند.
  • وی پیش بینی می کند که دانشمندان به زودی می توانند ابزار مولکولی دقیقی برای طیف گسترده ای از وظایف بسازند. در حال حاضر تیمش پروتئین هایی برای اهدافی مختلف، از قبیل مبارزه با ویروس های آنفلوآنزای خوکی گرفته تا تجزیه گلوتن در مواد غذایی و… تهیه کرده است.
«دکتر بیکر»

«دکتر بیکر»

هر پروتئینی در طبیعت توسط یک ژن رمزگذاری می شود. یک سلول پروتئین متناظر با زیر واحدهای ساختاریش، یعنی اسید آمینه شکل می گیرد. هنگامی که دکتر بیکر در کالج برکلی فارغ التحصیل شد، هیچ کس نمی دانست چگونه به زنجیره ی اسید آمینه ها نگاه، و شکلی را که به خود می گرفت، پیش بینی کند. دانشمندان پروتئین این معما را “مشکل تاشدگی” نامیدند. این یعنی  دانشمندان فقط می توانند از پروتئین هایی که در طبیعت یافت می شود استفاده کنند.( مانند انسان های اولیه که سنگ های تیز را برای بریدن گوشت از استخوان ها پیدا می کردند.)

ما از هزاران سال قبل از پروتئین ها استفاده می کنیم، برای مثال، سازندگان پنیر ابتدایی، با اضافه کردن قطعه ای از معده گوساله به شیر، پنیر را ساخته اند.

امروز دانشمندان هنوز به دنبال راهی برای مهار پروتئین دست ساز و کشف های جدید هستند. به عنوان مثال بعضی از آنها در حال بررسی ابریشم عنکبوت برای ساخت طناب چتر نجات هستند. محققان همچنین با تغییرات جزئی در پروتئین های طبیعی آزمایشاتی انجام می دهند تا ببینند که آیا این ترفندها باعث می شوند به چیزهای جدیدی دست پیدا کنند…

پروتئین دست ساز

پروتئین دست ساز

کشف منابع پروتئین دست ساز

دکتر بیکرپس از فارغ التحصیلی از برکلی و پیوستن به دانشگاه واشنگتن، به جمعی که در حال تلاش برای حل مشکل تاشدگی بودند، پیوست. او و همکارانش از این واقعیت بهره بردند که پروتئین های طبیعی تا حدودی مشابه یکدیگرند.

پروتئین دست ساز جدید نه تنها به وجود می آیند؛ بلکه از پروتئین های گذشته تکامل یافته تر هستند. دانشمندان همچنین به این واقعیت اعتقاد دارند که بسیاری از پروتئین ها از اجزای مشابه ساخته شده اند. یکی از ویژگی های مشترک، کشش مارپیچی اسید آمینه، که مارپیچ آلفا نام دارد، است. محققان آموخته اند که چگونه اسیدهای آمینه ایی را که به این مارپیچ ها تا می شوند(تبدیل می شوند)، را شناسایی کنند.

تیم آنها در سال ۱۹۹۸، یک پلت فرم به نام “رستا” (Rosetta)، (که دانشمندان از آن برای ساختن زنجیره های مجازی آمینو اسید استفاده می کنند، و سپس محتمل ترین شکل را به هم تا می زنند (می سازند))، را راه اندازی کردند.

در سال ۲۰۰۵ دکتر بیکر برنامه Rosetta @ home را راه اندازی کرد تا داوطلبان را برای تحلیل و پردازش این موضوع در رایانه های خانگی و گوشی های آندروید، جذب کند. در طول ۱۲ سال گذشته، ۱۲۶۶،۵۴۲ نفر به انجمن Rosetta @ Home پیوستند.

گام به گام، “رستا” قوی تر و پیچیده تر شد، و دانشمندان توانستند از قدرت پردازش جمعیت برای شبیه سازی پروتئین های تاشوئی در جزئیات بیشتر استفاده کنند. پیش بینی های آنها به طرز چشمگیری درست بود.

محققان فراتر از پروتئین هایی که از قبل وجود داشت به پروتئین هایی با رشته های غیر طبیعی رسیدند. دانشمندان به بررسی پروتئین های غیر طبیعی که شبیه واقعی بودند، پرداخته، و ژن هایی با آنها ترکیب و به سلول های مخمر متصل کردند، و سپس نمونه های آزمایشگاهی را تولید کردند.دکتر بیکر گفته: “ظاهری در پروتئین های طبیعی وجود دارد که ما هنوز نمی فهمیم.اما ما عمدتا مشکل تاشدگی را حل کرده ایم.”

پروتئین ها و بیماری های پاندمی (جهانی)

این پیشرفت ها به تیم دکتر بیکر اعتماد به نفس برای به دست آوردن چالش های بزرگتر داد: آنها شروع به طراحی پروتئین از ابتدا برای کارهای خاص کردند. آنها در یکی از آزمایشات شان، با یان ویلسون، ویروس شناسی از موسسه پژوهشی اسکریپس (ایالات متحده)، برای ساختن پروتئینی برای مبارزه با آنفولانزا، همکاری کردند. (دکتر ویلسون در حال جستجوی راه هایی برای خنثی سازی عفونت است).

آنها از سلول های مخمری مهندسی شده استفاده کردند تا نیمه رساناها را به پروتئین های واقعی تبدیل کنند. آنها پروتئین ها را روی ویروس های آنفلوآنزا رها کردند. بعضی از آنها خوب عمل می کردند. محققان مولکول های ساخت خود را در نهایت به تکامل رساندند و آن را “HB1.6928.2.3” نامیدند.

برای بررسی اینکه آیا HB1.6928.2.3 در توقف عفونت های آنفولانزا موثراست یا نه، آنها آزمایش هایی روی موش ها انجام دادند. پروتئین را به بینی موشها اسپری، و سپس دوزهای شدید آنفلوآنزا را به آنها تزریق کردند، که این کار معمولا باعث مرگ می شود.

اما پروتئین حاصل شده ۱۰۰ درصد در برابر مرگ ایستادگی کرد. اگر HB1.6928.2.3 بتواند ارزش خود را در آزمایشات انسانی اثبات کند، کاری بزرگ صورت گرفته است.

در دفتر دکتر بیکر، مدل های پروتئین های پیچیده ای وجود دارند. بدن انسان تقریبا 20،000 پروتئین می سازد، که هر کدام برای کاری متفاوت هستند.

در دفتر دکتر بیکر، مدل های پروتئین های پیچیده ای وجود دارند. بدن انسان تقریبا ۲۰،۰۰۰ پروتئین می سازد، که هر کدام برای کاری متفاوت هستند.

HB1.6928.2.3 تنها یکی از چندین پروتئینی است که دکتر بیکر و همکارانش طراحی و آزمایش کرده اند. آنها همچنین مولوکولی ساخته اند که سمی  که موجب بوتولیسم می شود، را مسدود می کند. و یکی دیگر می تواند مقدار کمی از فنتانیل را تشخیص دهد. پروتئین دیگری از طریق جدا کردن مولکول های گلوتن در مواد غذایی، به افرادی که نمی توانند گلوتن را تحمل کنند (عمدتا بیماران مبتلا به سلیاک)، کمک می کند.

هفته گذشته تیم دکتر بیکر یکی از پروژه های بلندپروازانه خود را ارائه داد: پوسته پروتئینی که می تواند ژن ها را حمل کند.

محققان پروتئین هایی را طراحی کرده اند که خود را مانند اجزای بازی لگو به یکدیگر متصل و در یک فضای خالی، از هم جدا می کنند. در این فرایند، آنها می توانند ژن ها را محصور و بدون هیچ گونه خطری به مدت چند ساعت در جریان خون (موش) حمل کنند.

گری نابل، کارشناس ارشد علمی درشرکت داروسازی “سانوفی” می گوید: تحقیقات جدید ممکن است منجر به اختراع مولکول هایی شود که هنوز نمی توانیم آنها را تصورکنیم. این قلمرو جدیدی به حساب می آید، زیرا پروتئین های موجود مدل سازی نمی شوند.

در حال حاضر، دکتر بیکر و همکارانش تنها می توانند پروتئین های کوتاه مدت زنجیره ای تولید کنند. این به خاطر بخشی از هزینه های ساخت اجزای DNA برای رمزگذاری پروتئین ها است.

اما این تکنولوژی به سرعت پیشرفت می کند. این تیم اکنون تست های دیگری را انجام می دهد، پروتئین های بزرگتر که کارهای پیچیده تر را انجام دهند – از جمله مبارزه با سرطان.

وی می گوید، “ما در حال طراحی مولکول هایی هستیم که می توانند محاسبات منطقی ساده انجام دهند.” در واقع، او امیدوار است تا دستگاه های مولکولی را تولید کند.

در نهایت می گوید: “چیزهای زیادی هستند که طبیعت به صورت تصادفی در اطراف ما به وجود می آورد. که اگربیشتر به این اصول توجه کنیم، می توانیم به مراتب بهتر عمل کنیم.”

برای درج دیدگاه کلیک کنید

پاسخی بگذارید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

پربازدیدترین‌های این هفته در نت‌نوشت

برو بالا