Miami Üniversitesi kimya ve biyokimya doçentleri Dominik Konkolewicz ve Rick Page tarafından geliştirilen bir teknik; farmasötiklerde(Bir hastalığın tedavisinde kullanılan ilaçlar, ilaçların kimyasal yapısını konu edinen bilim dalı), biyoyakıtlarda ve diğer uygulamalarda kullanılmak üzere yeni malzemelerin daha hızlı ve verimli bir şekilde geliştirilmesine yardımcı olabilir.
Konkolewicz ve Page’ın tekniği, proteinlerin ve sentetik polimerlerin biyokonjugat[Biyolojik kaynaktan ve farklı bir kaynaktan (xenobiotic) gelen moleküllerin bir araya gelmesi ile oluşan moleküler yapıdır.] olarak bilinen kimyasal maddelerde nasıl etkileştiklerini aydınlatmak için nükleer manyetik rezonans (NMR) teknolojisini kullanır.
Biyokonjugatlar neden faydalıdır?
Proteinler, birçok uygulamada yararlı olan kimyasal reaksiyonları katalize etmek için kullanılabilir. Örneğin, protein enzimleri yüksek fruktozlu mısır şurubu ve diyabeti tedavi etmek için kullanılan insülini üretmek için kullanılır. Ancak bazı proteinler sadece çok kısa bir süre aktiftir veya kolayca parçalanırlar, bu nedenle bunları kullanmak pratik veya uygun maliyetli değildir. Protein biyokonjügatları, proteine sıklıkla moleküller olan sentetik moleküller-sıklıkla polimerler- ekleyerek proteinlerin sınırlamalarının üstesinden gelir.
“Proteinlerin harika bir performansı var.”diyor, Konkolewicz, “Ancak kimyada bir proteine koyabileceğimiz çok fazla esneklik yok. Polimerler, proteinin ömrünü uzatmak veya aşırı koşullara dayanma yeteneğini artırmak için dahil edebileceğimiz çok çeşitli yapı ve işlev sunar. ”
Zaten kanseri tedavi etmek için kullanılan antikor-ilaç konjugatları gibi biyokonjugatların bazı ticari gelişmeleri vardır, ancak bu maddelerin performansının nasıl arttırılacağına dair kılavuzlar hala zor.
Yeni, faydalı biyokonjugatlar geliştirmek genellikle zordur ve pahalıdır çünkü süreç geleneksel olarak deneme yanılma yöntemine dayanır: bilim adamları, gelişmiş performans biçiminde neyin “yapıştığını” görmek için pek çok polimer adayını proteinlerin meşhur bir duvarına atarlar. Ancak, bir Sheetrocked duvarına yapışmasını bekleyen bir tenis topu atmanın mantıklı olmadığı gibi, belirli polimerlerin yapışmasını bekleyen belirli proteinlere atmak mantıklı değildir.
Rasyonel tasarım ile gelişimi hızlandırma
Tenis toplarının ve alçıpanın doğasını, “yapışmanın” etkileşimlerinin olası bir sonucu olmadığını bilecek kadar iyi anlıyoruz ancak Page, bilim insanlarının, biyo-konjügasyonla ilgili olduğunda protein ve polimerlerin doğasını her zaman benzer tahminler yapacak kadar yeterince anlamadığını söylüyor.
“Birçok durumda proteinin yapısını biliyoruz ancak polimerin yapısını bilmiyoruz. Ne şekli olduğunu, proteine nereye bağlandığını veya proteini nasıl sardığını veya onunla nasıl etkileşime girdiğini bilmiyoruz. ”diyor, Page.
Konkolewicz ve Page’in dediği gibi, yeni biyokonjugatların rasyonel tasarımını mümkün kılacak bir dizi kural var. Bu tür kurallar, kimyagerlerin bir hedef proteinin yapısına bakmasına ve özel olarak uyacak şekilde doğru boyut, şekil ve fonksiyona sahip bir polimer molekülü tasarlamasına izin verecektir.
“Şunu söyleyebilmek harika olur: ‘Tamam, işte sahip olduğum protein. İşte onu stabilize etmem gereken yollar ve işte bunun için kullanabileceğimiz çeşitli polimerler. ” diyor,Page.
Page ve Konkolewicz’in geliştirdiği teknik, bu tür bir kurallar dizisinin oluşturulmasında ilk adımdır.
Biyokonjugatlardaki proteinler ve polimerler arasındaki etkileşimleri incelemek için önceki teknikler, örneğin, dünyadaki sınırlı sayıda tesiste bulunan çok pahalı ekipman olan nötron ışınlarına dayanırken, Miami kimyagerlerinin tekniği hazır bulunan nükleer manyetik rezonans (NMR) teknolojisini kullanır . Tekniğin anahtarı, raporlama gruplarını sentetik polimerlere yerleştirmektir. Bu raporlama grupları, biyokonjugat bir NMR cihazında olduğunda araştırmacıların bir polimerin bir proteine ne kadar yakın olduğunu görmelerine izin veren işaretler gibi davranır.
NMR teknolojisinin erişilebilirliği önemlidir çünkü araştırma topluluğunun keşif yapma kapasitesini büyük ölçüde arttırır.
Konkolewicz, “İlgili her proteine kendimiz bakamıyoruz.” diyor. “Bunu yapmak için 500 yıl yaşamak zorundayız. Erişilebilir hale getirerek, diğer grupların ilgili proteinlerini – laboratuvarımızın odaklandığı gibi katalitik proteinler veya terapötik proteinler ya da hangi tipte çalışıyorlarsa olsunlar -incelemelerine izin veriyoruz. Bu teknik ölçek sağlar. ”
Miami’nin eşsiz ortamı ile mümkün olan bir buluş
Temel olarak, Konkolewicz ve Page’nın tekniği, dünyanın dört bir yanından kimyagerlerin, farmasötikler ve biyoyakıtlar da dahil olmak üzere endüstriyel uygulamalarda kullanım için hem etkili hem de uygun fiyatlı biyokonjugatların daha hızlı gelişimine rehberlik etmek için bir dizi tasarım kuralının oluşturulmasında işbirliği yapmalarını sağlar. Bu, işbirliğinden doğan bir araştırma çabası için uygun bir sonuçtur.
Çeviri: Simge Kara