211service.com
Artificiellt protein härmar blod
Forskare vid University of Pennsylvania har konstruerat från grunden ett protein som kan göra vad vissa proteiner i människokroppen kan: bära och leverera syre. Detta kan vara ett användbart steg för att utveckla konstgjort blod.
Nytt protein: Detta konstgjorda protein kan en dag rädda liv genom att transportera syre i konstgjort blod. De gröna banden representerar det konstgjorda proteinets fyra spiralformade kolumner. Strukturen tillåter syre, men inte vatten, att komma in.
I åratal har forskare försökt skapa komponenter av artificiellt blod, i hopp om att ett sådant medicinskt framsteg skulle kringgå problem med donatorblod - såsom kontaminering, begränsad lagring och brist - och leda till enklare och snabbare blodtransfusioner på slagfältet och i traumafall.
För närvarande inkluderar de flesta blodersättningsmedel modifierade versioner av naturligt hemoglobin - den viktigaste blodkomponenten som levererar syre från lungorna till resten av kroppen. Men forskningen fortsätter eftersom vissa studier har föreslagit att befintliga blodersättningar kan öka risken för hjärtinfarkt hos traumaoffer som har fått dem.
Penn-teamet har fokuserat på att skapa proteiner från grunden som kan bära syre och är i huvudsak vattentäta – en viktig egenskap. Om vatten kommer in i proteinet skapar det en form av syre som flyr ut och orsakar cellskador.
Jag tycker att det är en anmärkningsvärd prestation inom proteindesign, säger Roman Boulatov , en biträdande professor i kemi vid University of Illinois i Urbana-Champaign. De visar att det är möjligt att konstruera en specifik reaktivitet genom att börja från början. Det ger dig mycket mer kontroll över vad du kan ändra.
Att modifiera befintliga proteiner resulterar inte alltid i ett förutsägbart svar och misslyckas ofta. Det finns ett problem att arbeta med naturliga proteiner eftersom de är komplexa och ömtåliga, säger Christopher Moser , en biokemist vid Penn och medförfattare till den nya studien. Vi skulle vilja lära oss hur man gör funktionella proteiner som är helt orelaterade till naturliga proteiner: som gör att vi kan fortsätta att bygga fler funktioner.
Penn-forskarna använde tre aminosyror för att skapa en proteinstruktur med fyra helixkolumner. De lägger en mindre struktur inuti den som kallas hem, en stor platt molekyl som är den aktiva delen av hemoglobin. Heme har en järnatom i mitten, vilket är vad syre binder till.
Forskarna gjorde också proteinstrukturen flexibel, så att den kan öppnas för att ta emot syret och stänga igen utan att släppa in vatten. De gjorde detta genom att länka samman de spiralformade kolonnerna med öglor för att begränsa deras rörelser. Detta gav den slutliga strukturen en kandelaberform.
Det vi lärde oss är att vi kan göra torra interiörer i väldigt enkla proteiner, säger huvudförfattaren P. Leslie Dutton , professor i biokemi vid Penn. En hel del enzymaktivitet styrs av att hålla vatten borta från [insidan]. Verket publiceras i senaste numret av Natur .
För att använda det artificiella proteinet i människokroppen måste forskarna se till att det kan hålla på syret tillräckligt länge för att vara användbart, arbeta i en cellulär miljö och vara giftfritt. Proteinet får inte heller identifieras av immunsystemet som en förorening som ska spolas ut genom njurarna, tillägger James Collman , en professor i kemi vid Stanford University, som gör syntetiska hemer som binder till syre.
Det är viktigt att ha blodsubstrat eftersom det finns så många sjukdomar som orsakas av bristande blodflöde, inklusive traumatisk blödning, stroke och hjärtinfarkt, säger Howard Levy, chief scientific officer på Sangart , ett företag som skapar ett syreavgivande medel. Det är verkligen intensivvårdens bröd och smör.