Οι πρωτεΐνες είναι τα μικρά αλλά εξαιρετικά σημαντικά δομικά και λειτουργικά στοιχεία της ζωής. Από τη μετάδοση σημάτων στα κύτταρα μέχρι την ενεργοποίηση ενζύμων και την ανοσολογική άμυνα, οι πρωτεΐνες εκτελούν τις κρίσιμες λειτουργίες που κρατούν τα κύτταρά μας ζωντανά. Παρά τον ρόλο τους, η αποκωδικοποίηση της ακριβούς αλληλουχίας και δομής τους αποτελεί μια από τις μεγαλύτερες προκλήσεις της βιολογίας.
Μια ομάδα βιοϊατρικών μηχανικών στο Stanford University ανέπτυξε μια νέα μέθοδο που μπορεί να αλλάξει τα δεδομένα. Δημοσιευμένη στις 18 Μαρτίου στο Nature Biotechnology, η τεχνική μετατρέπει αλληλουχίες πρωτεϊνών σε αλληλουχίες DNA, επιτρέποντας τη χρήση των ήδη γρήγορων και οικονομικών τεχνολογιών αλληλούχισης DNA για την ανάλυση πρωτεϊνών σε μεγάλη κλίμακα.
Γιατί η Ανάλυση Πρωτεϊνών Είναι Δύσκολη
Η αλληλούχιση πρωτεϊνών είναι πολύ πιο περίπλοκη από την αλληλούχιση DNA. Οι πρωτεΐνες αποτελούνται από 20 διαφορετικά αμινοξέα, σε αντίθεση με τις τέσσερις βάσεις του DNA, και αυτά τα μόρια είναι τρεις φορές μικρότερα από τα νουκλεϊκά οξέα. Οι υπάρχουσες τεχνικές, όπως η φασματομετρία μάζας, ανιχνεύουν μόνο ένα μικρό μέρος από τα εκατομμύρια μόρια πρωτεΐνης σε ένα δείγμα, αφήνοντας πολλές σπάνιες ή χαμηλής συγκέντρωσης πρωτεΐνες αόρατες.
Ο Liwei Zheng, πρώτος συγγραφέας της μελέτης, εξηγεί ότι η νέα μέθοδος επιτρέπει στους επιστήμονες να δουν 1.000 φορές περισσότερα μόρια από ό,τι οι προηγούμενες τεχνικές. Αυτό σημαίνει ότι σπάνιες πρωτεΐνες που μπορεί να διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο σε ασθένειες τώρα μπορούν να εντοπιστούν και να μελετηθούν.
Πώς Λειτουργεί η Νέα Μέθοδος
Η τεχνική βασίζεται σε μια χημική διαδικασία που επισημαίνει μεμονωμένα αμινοξέα σε μια πρωτεΐνη με ειδικούς DNA “κωδικούς”. Αυτοί οι κωδικοί καταγράφουν την ταυτότητα και τη θέση κάθε αμινοξέος στην πεπτιδική αλυσίδα. Μετά την κωδικοποίηση, η αλληλούχιση DNA αποκαλύπτει τη δομή της πρωτεΐνης.
«Είναι σαν να εκτελούμε αντίστροφα τη φυσική διαδικασία σύνθεσης πρωτεϊνών για να αξιοποιήσουμε τις τεχνολογίες αλληλούχισης DNA που ήδη υπάρχουν», λέει ο H. Tom Soh, κύριος συγγραφέας της μελέτης. Η προσέγγιση αυτή προσφέρει τη δυνατότητα αλληλούχισης πρωτεϊνών σε επίπεδο ενός μορίου, χρησιμοποιώντας πολύ μικρές ποσότητες δείγματος και επιτρέποντας την ανάλυση μεμονωμένων κυττάρων.
Νέα Εποχή στην Έρευνα και την Ιατρική
Η υψηλή ευαισθησία της μεθόδου ανοίγει τον δρόμο για μελέτες κυτταρικής ποικιλομορφίας σε μοριακό επίπεδο. Κύτταρα που φαίνονται πανομοιότυπα μπορούν τώρα να αναλυθούν για να κατανοηθεί γιατί αντιδρούν διαφορετικά σε ασθένειες όπως ο καρκίνος. Η τεχνική μπορεί επίσης να βοηθήσει στην κατανόηση της αποτελεσματικότητας ανοσοθεραπειών, όπως η θεραπεία CAR-T, απομονώνοντας τα κύτταρα που ανταποκρίνονται θετικά από εκείνα που δεν ανταποκρίνονται.
Ο Soh προσθέτει ότι η νέα τεχνολογία μπορεί να επιτρέψει τη μελέτη σπάνιων πρωτεϊνών που υπάρχουν σε πολύ μικρές ποσότητες, οι οποίες μέχρι τώρα ήταν σχεδόν αδύνατο να εντοπιστούν με τις παραδοσιακές μεθόδους. Αυτό θα μπορούσε να οδηγήσει σε καλύτερη κατανόηση της νόσου και στην ανάπτυξη εξατομικευμένων θεραπειών.
Από το Εργαστήριο στην Πράξη
Η ομάδα στο Stanford εργάζεται ήδη για την εμπορική ανάπτυξη της μεθόδου σε μια εύχρηστη πλατφόρμα. Η ιδέα είναι απλή: «Βάλτε το δείγμα, πατήστε ένα κουμπί και ξεκινήστε την ανάλυση», όπως σήμερα γίνεται με τους αναλυτές DNA. Η δυνατότητα κλιμάκωσης δισεκατομμυρίων πρωτεϊνών από χιλιάδες κύτταρα ξεχωρίζει τη μέθοδο από προηγούμενες προσπάθειες και την καθιστά πιο προσιτή για εργαστήρια και κλινικές εφαρμογές.
Η τεχνολογία, αν ολοκληρωθεί η βελτιστοποίησή της, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα νέο ακρογωνιαίο εργαλείο στη μοριακή βιολογία, παρέχοντας στους επιστήμονες τη δυνατότητα να «διαβάζουν» τα μόρια που κάνουν τη δουλειά της ζωής, κύτταρο προς κύτταρο. Αυτό μπορεί να φέρει επανάσταση στην κατανόηση ασθενειών, την ανάπτυξη φαρμάκων και τη βιοϊατρική έρευνα συνολικά.
Βρείτε μας στο Google News. Πατήστε εδώ!