Материалы портала «Научная Россия»

Мембранные белки синтезируются быстрее при помощи химер

Мембранные белки синтезируются быстрее при помощи химер
Российские ученые совместно с европейскими коллегами разработали метод, позволяющий ускорить получение ценных для науки белков.

Ученые из университета МФТИ (Москва) во главе с Дмитрием Братановым совместно со своими коллегами из Исследовательского центра Юлих (Германия), а также Института структурной биологии (Франция) разработали оригинальный метод синтеза мембранных белков для научных целей. Он позволит сократить себестоимость сырья для биохимических экспериментов, а также уменьшить их продолжительность. Результаты исследования опубликованы в журнале PLOS One.

Сегодня одним из наиболее перспективных направлений в структурной биологии во всем мире является исследование так называемых мембранных белков. Именно они обеспечивают процесс взаимодействия живых клеток с окружающей средой, в том числе во время приема лекарственных препаратов. Это делает их изучение таким важным для медицины и фармацевтики. Вместе с тем на данный момент описана структура лишь 3% этих зашифрованных белков.

Одним из наиболее рентабельных способов получения мембранных белков для научных целей на сегодняшний день является использование кишечной палочки Escherichia coli. Ученые в лаборатории вводят ген, продуцирующий нужный белок в клетку бактерии и заставляют ее производит нужное вещество в большом количестве. После этого готовый белок очищают и восстанавливают при помощи рентгеновского облучения. К сожалению, на практике все оказывается не так просто. Уже на первом шаге (экспрессии) исследователи, как правило, сталкиваются с серьезными проблемами.

Международная группа ученых предложила способ, позволяющий облегчить этот процесс. Для этого для нужного вещества подбирается похожий (гомологичный) белок, процесс экспрессии которого происходит значительно легче, его также называют драйвером. После этого в лаборатории синтезируются химеры (искусственные белки-«мутанты») составленные из частей целевого белка и драйвера. На этом этапе удается довольно быстро установить, какой фрагмент нужного белка является причиной низкой экспрессии. По словам Дмитрия Братанова, далее ученые переходят ко второй итерации, «сделав две новые химеры на основе той химеры, которая лучше экспрессировалась в первой итерации, и уменьшив тем самым в этой химере вдвое долю драйвера». Теперь они могут проверить экспрессию новых химер, выясняя, какая часть препятствует экспрессии. И так до тех пор, пока не удастся найти «проблемный» участок белка.

Преимущество нового метода становится очевидным, если сравнить, что прежний путь поиска необходимой мутации требует 2n итераций (где n — число аминокислот в его цепочке), а новый способ предлагает установить нужную мутацию за 2log2n экспрессий белка.

В ходе проверки своего метода ученые успешно синтезировали химеру мембранного светочувствительного белка из микроорганизма H. halobium.

По словам Валентина Горделия, одного из авторов работы, прежние подходы к этой проблеме напоминали стратегию «пан-или-пропал», известную также как «метод академического тыка». Новый же подход «позволяет систематическим образом выявлять проблемы, приводящие к отсутствию экспрессии белка. При этом предполагается, что получившийся химерный белок будет иметь незначительные изменения по сравнению с целевым белком», — рассказал исследователь.

Разработка имеет важное значение для разработки новых лекарственных средств, а также оптогенетики — нового направления научных исследований, предлагающего принципиально новые подходы в профилактике и лечении многих нейродегенаративных заболеваний, например старческого слабоумия или синдрома Паркинсона.

К слову, ранее портал Научная Россия писал о создании Центра исследований молекулярных механизмов старения, одним из ключевых направлений деятельности которого станет изучение мембранных белков.

биохимические эксперименты мембранные белки оптогенетика химеры

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий