Proteinchips

Slutförandet av Human Genome Project förra året markerade en milstolpe inom medicinen. Den detaljerade kartläggningen av hela uppsättningen av mänskliga gener var ett decenniumlångt projekt arbetat på av några av de bästa hjärnorna inom biologi. Men på många sätt var det bara början på den verkliga medicinska utmaningen: att förstå de miljontals proteiner som är människokroppens molekylära arbetshästar. Gener är egentligen bara programmeringskoden som talar om för celler hur de ska syntetisera proteiner; nästan all biologisk verkan sker bland dessa stora, komplexa molekyler.

När proteiner inte beter sig kan de förstöra vår hälsa på otaliga sätt, från amyloidproteinerna som suger upp hjärnan på Alzheimers patienter till proteinerna som orsakar skenande cancercelltillväxt. Att bekämpa sjukdomar mer effektivt innebär att få ett bättre grepp om hur proteiner fungerar och interagerar - och misslyckas. De viktigaste framväxande verktygen för att läsa det enorma proteinbiblioteket är mikroarrayer, små chips som innehåller tusentals proteinprover som kan analyseras snabbt och billigt. Det är här människor kommer att få svar om hur sjukdomar utvecklas, hur läkemedel fungerar och hur man hittar nya läkemedel, säger Peter Wagner, teknisk chef för Zyomyx, en Hayward, CA-baserad proteinchip startup.

Den här historien var en del av vårt majnummer 2001

• Se resten av frågan
• Prenumerera

Zyomyx har nästan ett dussin konkurrenter, inklusive Large Scale Proteomics, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience och Phylos. Branschens första produkter förväntas komma ut på marknaden om ett år, och även om teknologierna varierar, är de nya biochipsen i allmänhet tvådimensionella rutnät av proteiner eller proteinfragment fästa på ett fast underlag.

När proteinmikroarrayen utsätts för biokemikalier eller lösningar av andra proteiner, kommer några av dessa molekyler att fastna och andra kommer att tvättas bort; de som fastnar kan identifieras av olika markörer, såsom fluorescerande taggar. Molekyler som vidhäftar starkt till specifika proteiner är värdefulla ledtrådar i sökandet efter nya läkemedel, eftersom den bindningsförmågan är det som gör läkemedel effektiva. Och för diagnostik kan mätning av onormalt höga mängder avslöjade proteiner i ett blodprov med hjälp av dessa biochips vara en snabb metod för tidig upptäckt av hjärtinfarkt och cancer.

Idén med mikrochips är inget nytt inom biologin. Tillverkning av DNA-chips har varit ett av de hetaste områdena inom bioteknik sedan början av 1990-talet, då innovativa forskare tog robotteknik och litografisk mönsterteknik som användes för att göra kiselmikroelektronik och tillämpade dem på DNA-analys. De kunde fästa tusentals bitar av genetiskt material på glasskiva eller plastskivor och använda dessa chips för att identifiera DNA i ett prov av intresse. Dessa DNA-chips används nu i stor utsträckning inom medicinsk forskning.

Men att göra ett proteinchip är mycket mer irriterande. Även om DNA är ganska robust, är proteiner krympande violer. Proteiner är utsökt vikta strängar av underenheter som kallas aminosyror, och mycket av vad proteiner gör beror på det exakta tredimensionella mönstret som strängen viks in i. Utanför ett snävt område av miljöförhållanden kommer proteiner att denaturera - aminosyrakedjan kommer att förlora sin tredimensionella struktur och kollapsa som en hög med överkokt spagetti. Vid tillverkning av mikromatriser måste forskare hålla proteinerna i en vattenlösning vid precis rätt temperatur hela tiden.

Trots dessa utmaningar utvecklas framtiden för proteinbiochips snabbt. Det finns en tydlig förståelse överallt i [bioteknik]branschen nu att du måste fokusera på proteiner, säger Zyomyxs Wagner. Enligt en färsk rapport från BioInsights, ett bioteknikkonsultföretag i Redwood City, Kalifornien, kommer försäljningen av proteinbiochips sannolikt att öka till en halv miljard dollar 2006.

Och den eventuella effekten av tekniken kan märkas långt utanför det biologiska forskarsamhället. Användbara proteinchips för diagnostik bör finnas tillgängliga om ett par år, säger N. Leigh Anderson, VD för Large Scale Proteomics. Det tar inte så lång tid som vissa tror. Det kan vara en optimistisk prognos, men om han har rätt, kan paket med små proteinchips snart vara lika allmänt förekommande som tungdämpare eller gummihandskar på din läkares mottagning.

Dölj