Nová metoda proteinového inženýrství z MU zaujala časopis Nature Communications

Nová metoda proteinového inženýrství z MU zaujala časopis Nature Communications

Mezinárodní tým vědců vyvinul novou metodu pro modelování molekul významných proteinů. Využil ji pro úpravu proteinu luciferázy, která velmi často používá při diagnostice v molekulární a buněčné biologii. Upravená luciferáza může najít uplatnění ve výzkumu i aplikacích.

Metody proteinového inženýrství již dosáhly vysokého stupně spolehlivosti, což nám umožňuje navrhovat proteiny s vylepšenými užitnými vlastnostmi, jako je aktivita a stabilita. Aktivita proteinu je jeho zamýšlená funkce, která spočívá například v usnadnění, úpravě či přímo umožnění konkrétní chemické reakce. Stabilita je vlastnost, která zajišťuje neměnnost podoby a patří k hlavním omezením využití proteinů například v biomedicíně.

Naprostá většina dostupných postupů používaných v současné době k návrhu proteinů pracuje se statickými, tzn. neměnnými, strukturami proteinů. Biomolekuly, mezi které patří i proteiny, však nejsou statické, ale dynamické a pro některé jejich vlastnosti je zohlednění dynamiky naprosto nezbytné. Dynamikou proteinu rozumíme například změnu jejich tvaru. Proto je žádoucí, a dokonce nezbytné, rozšířit portfolio metod přípravy proteinů a vyvinout nové metody inženýrství dynamických proteinů.

Vývoji takové nové metody se věnovali vědci Loschmidtových laboratoří RECETOX Přírodovědecké fakulty Masarykovy univerzity a Mezinárodního centra klinického výzkumu ICRC-FNUSA ve spolupráci s Masarykovým onkologickým ústavem, Univerzitou Cambridge a Univerzitou Greifswald. Výstupem šestiletého výzkumného projektu je nová platforma kombinující experimentální a počítačové přístupy racionálního designu dynamických proteinů. Racionálním designem rozumíme systematickou a iterativní přípravu založenou na hledání optimální struktury, a tedy i funkce, konkrétního proteinu. Vyvinutá platforma otevírá zcela nové možnosti v designu proteinových molekul s unikátními vlastnostmi.

Platforma byla následně využita při vývoji proteinu luciferázy, která patří mezi nejpoužívanější diagnostické systémy v molekulární a buněčné biologii. Luciferáza je protein, který urychluje chemickou reakci způsobující vyzařování světla u mořských organismu. Tento jev se nazývá bioluminiscence a je způsobený specifickou chemickou reakcí probíhající v živém organismu, při které se přebytečná energie uvolňuje ve formě světla. V biomedicíně je bioluminiscence využívána například pro diagnostiku a studium rakovinového bujení.

Luciferáza má ovšem i některá omezení, která její využití v biomedicíně znesnadňují. Jde například o to, že vznikající světlo uvolňuje formou kratších záblesků. Pro řadu praktických aplikací je vhodnější stabilní světelný signál, tedy nepřerušované světlo. Díky nově vzniklé metodě vědci upravili dynamiku proteinu luciferázy do takové míry, že změnili charakter světelného signálu ze zábleskového v sekundách na stabilní záření v minutách.

Upravená luciferáza může najít široké uplatnění v biomedicínském výzkumu i biotechnologických aplikacích.

Metoda designu dynamických proteinů byla publikována v časopise Nature Communications a stala se také součástí výběru editora tohoto prestižního časopisu, který představuje 50 nejlepších článků, které byly nedávno publikovány v dané oblasti.