從頭開始設(shè)計(jì)和構(gòu)建以攜帶分子貨物的蛋白質(zhì)組件正在推進(jìn)合成生命研究和針對靶向藥物遞送的工程努力。

科學(xué)家們成功開發(fā)了第一個(gè)報(bào)道的合成蛋白質(zhì)組裝體，這些蛋白質(zhì)組裝體包裹著自己的遺傳物質(zhì)，并在復(fù)雜的環(huán)境中發(fā)展出新的特征。

這一進(jìn)展源于華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院和華盛頓大學(xué)其他領(lǐng)域的分子工程項(xiàng)目，旨在創(chuàng)建有針對性的藥物輸送系統(tǒng)。合成蛋白質(zhì)組件是計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)的。它們之前不存在，直到它們在實(shí)驗(yàn)室中形成。

科學(xué)家們在尋找新方法將治療性貨物運(yùn)輸?shù)教囟愋偷募?xì)胞而不使用病毒作為載體時(shí)創(chuàng)建了這些組件。

“有針對性的藥物輸送是醫(yī)學(xué)中一個(gè)尚未解決的主要需求，”Lajoie指出，“目前，研究人員正在使用有效但難以設(shè)計(jì)的病毒，或者他們正在使用聚合物納米粒子，這些粒子是可操作的，但在靶向遞送方面效果較差“。

除了它們在生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用方面的潛力之外，新設(shè)計(jì)的蛋白質(zhì)組件可能在合成生命研究中具有開創(chuàng)性。它們被認(rèn)為是第一個(gè)用于包裝其自身遺傳物質(zhì)并發(fā)展新特性的全合成組件。這些通常與生物有關(guān)。

這項(xiàng)工作是在華盛頓大學(xué)醫(yī)學(xué)院的UW醫(yī)學(xué)研究人員David Baker和生物化學(xué)助理教授Neil King的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的。和Suzie Pun，UW的Robert F. Rushmer生物工程教授。

新的蛋白質(zhì)組裝是核衣殼的合成版本 - 基因組容器。大多數(shù)病毒用蛋白質(zhì)外殼包圍其遺傳物質(zhì)。合成核衣殼的構(gòu)造類似于病毒殼，它像飛機(jī)或船的貨艙一樣可以保護(hù)和運(yùn)輸貨物。

Lajoie解釋說，與活病毒不同，這些合成遺傳貨物載體不能復(fù)制自己繁殖。巴特菲爾德補(bǔ)充道，“盡管如此，它們在基因組包裝效率方面與病毒相媲美，并且更加簡單易行。”

將計(jì)算設(shè)計(jì)與進(jìn)化相結(jié)合為開發(fā)新的生物功能提供了新的機(jī)會(huì)。通過這種方式，研究人員觀察到，生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用所需的復(fù)雜特性被引入這些蛋白質(zhì)組件中。這些包括改進(jìn)其包裝RNA的能力，增強(qiáng)的抗血性(其具有通常會(huì)降解這種組裝的物質(zhì))，以及活體小鼠的循環(huán)時(shí)間更長。

每個(gè)屬性的改進(jìn)來自衣殼的特定區(qū)域的變化。最初的包裝來自重新設(shè)計(jì)內(nèi)部以靜電捕獲RNA。在此之后，進(jìn)化步驟是：進(jìn)化內(nèi)部以更好地促進(jìn)RNA包裝，發(fā)展保護(hù)免受RNA損傷酶和血液中的其他驅(qū)逐者，并進(jìn)化外部以增加活小鼠的循環(huán)時(shí)間。

包裝遺傳材料對生物至關(guān)重要。它保留了作為DNA或RNA分子以化學(xué)形式存在的生命代碼。

“我們根據(jù)兩種完全不相關(guān)的蛋白質(zhì)從頭開始設(shè)計(jì)合成核衣殼，”Lajoie說。“這很令人興奮，因?yàn)槲覀兡軌蛟O(shè)計(jì)出對生活至關(guān)重要的功能，而無需使用現(xiàn)有的細(xì)胞作為模板。”

未來的工作將繼續(xù)采用組合的設(shè)計(jì)和進(jìn)化策略，以嘗試優(yōu)化蛋白質(zhì)組件在復(fù)雜環(huán)境中的功能，例如活體組織中的蛋白質(zhì)組件。

“到目前為止，我們對進(jìn)化如何有效解決我們的問題感到驚訝。我們希望在我們追求下一個(gè)目標(biāo)時(shí)繼續(xù)這樣做：將治療性貨物運(yùn)送到動(dòng)物的特定細(xì)胞中，”巴特菲爾德說。