Uma equipe de pesquisa de biologia sintética liderada pela Northwestern combinou tecnologias para desenvolver uma nova técnica de biotecnologia que promete acelerar a pesquisa em terapias com proteínas que podem um dia se tornar a próxima defesa contra supergermos resistentes a antibióticos ou a próxima nova droga.
Tudo começou quando Milan Mrksich, o professor de engenharia biomédica Henry Wade Rogers, química, e biologia celular e molecular, e colega Michael Jewett, o professor Charles Deering McCormick de Excelência em Ensino e professor associado de engenharia química e biológica, decidiu comparar notas e combinar forças.
O par, que lideram o Centro de Biologia Sintética da Northwestern, onde Mrksich é o diretor e Jewett é o codiretor, se perguntou o que eles poderiam realizar se combinassem a tecnologia de espectrometria de massa do laboratório Mrksich com a experiência do laboratório Jewett em glicosilação e produção rápida de proteínas.
Glicosilação, que é a ligação de açúcares a proteínas, desempenha um papel crítico na forma como as proteínas se formam e funcionam nas células e como as células interagem com outras células. Também é importante no estudo de doenças e biotecnologias.
Suas ideias começaram a se cristalizar quando eles participaram da experiência em engenharia de glicosilação de um colaborador próximo Matt DeLisa, o William L. Lewis Professor de Engenharia da Escola de Engenharia Química e Biomolecular Robert Fredrick Smith da Cornell University.
Juntos, eles desenvolveram uma nova plataforma para caracterizar e otimizar sequências para a produção de glicoproteínas usando síntese de proteínas livres de células e espectrometria de massa.
O avanço resultante é descrito em "Projeto de locais de glicosilação por síntese e análise rápida de glicosiltransferases, "publicado em 7 de maio pela revista Nature Chemical Biology . Mrksich e Jewett são os autores co-correspondentes. Os dois co-autores principais são Weston Kightlinger, um estudante de graduação no laboratório de Jewett, e Liang Lin, um estudante de doutorado no laboratório de Mrksich.
A nova técnica promete acelerar muito o tempo necessário para testar compostos para novas drogas em potencial. Recentemente, algumas décadas atrás, as drogas eram baseadas em produtos naturais tediosamente isolados e caracterizados de plantas e outras fontes naturais.
Mas uma vez que os químicos aprenderam a fazer bibliotecas de um grande número de moléculas - que hoje chegam a milhões - e uma vez que a engenharia trouxe a automação laboratorial como uma ferramenta, cientistas e engenheiros foram capazes de testar rapidamente milhões de compostos em poucas semanas para identificar bons pontos de partida para o desenvolvimento de medicamentos.
Ainda, Mrksich explicou, em biologia sintética, o tempo de ciclo para testar cada interação enzima-substrato pode levar semanas ou meses.
“Aceleramos radicalmente o processo, "Disse Mrksich." Onde os pesquisadores hoje podem avaliar algumas centenas de marcadores de glicosilação em potencial em um determinado período, reunimos duas tecnologias de alto rendimento que nos permitem avaliar vários milhares no mesmo período de tempo. “Essas marcas são importantes porque a glicosilação está presente em 70 por cento das proteínas terapêuticas já aprovadas ou em avaliação pré-clínica.
O processo funciona combinando três técnicas dos laboratórios da Northwestern:
Combinado com o conhecimento de glicoengenharia do laboratório de DeLisa, a técnica combinada analisa a glicosilação de forma rápida e eficaz.
"Desenvolvemos matrizes de peptídeos em que temos uma placa do tamanho da sua mão que tem aproximadamente 1, 500 regiões circulares nele, "Mrksich disse." Cada uma dessas regiões tem anexada a ela uma marca de peptídeo diferente, e podemos aplicar a solução de enzima uniformemente em toda a matriz e cada uma das marcas de peptídeo pode então ser glicosilada. "
Depois que a placa é enxaguada, toda a matriz pode ser analisada por espectrometria de massa, que quantifica a quantidade de glicosilação de cada peptídeo.
"Em um dia, podemos avaliar milhares de marcações de peptídeos distintas para identificar aquelas ideais para glicosilação com as quais avançamos, "Mrksich disse.
O resultado não é apenas muito mais rápido, mas também fornece dados muito mais detalhados. "Nosso método nos permite não apenas escolher os vencedores, que comumente procuramos em experimentos científicos, mas as falhas também, "Disse Jewett.
A equipe apelidou o processo de GlycoSCORES, ou caracterização e otimização da sequência de glicosilação por expressão rápida e triagem.
DeLisa disse que estava animado para usar a nova tecnologia para resolver uma série de questões em aberto sobre como funcionam as diferentes enzimas de glicosilação.
"Essa técnica nos permite fazer perguntas muito mais precisas e científicas nesta área do que seria possível anteriormente, "disse ele." O novo conhecimento derivado pode realmente mudar o jogo em termos de nossa capacidade de criar glicoproteínas com características desejáveis. "
