Terinspirasi oleh cara virus melekat pada sel, para ilmuwan telah mengembangkan metode untuk merekayasa aptamers ultra-selektif. Molekul sintetis ini berikatan dengan target spesifik seperti protein lonjakan virus, membuatnya berguna untuk diagnostik dan perawatan biomedis.
Kita memiliki semua antibodi – protein yang diproduksi oleh tubuh kita untuk berikatan dengan virus atau bakteri, menandai mereka untuk dieliminasi oleh sistem kekebalan tubuh. Tetapi tidak semua dari kita terbiasa dengan aptamers: segmen pendek DNA atau RNA yang dirancang untuk mengikat, seperti antibodi, ke target tertentu. Sintetis dan murah untuk diproduksi, aptamers adalah alternatif yang menarik untuk antibodi untuk diagnostik biomedis dan terapi.
Ketika pengikat aptamer baru diperlukan, misalnya untuk mendeteksi virus baru, mereka dikembangkan dari perpustakaan jutaan urutan asam nukleat dari mana kecocokan terbaik untuk target yang diberikan dipilih dan diamplifikasi. Sampai sekarang, perpustakaan semacam itu hanya berisi pengikat monovalen: urutan yang mengikat ke satu situs pada molekul target. Tetapi ini kontras dengan struktur banyak protein dunia nyata, termasuk protein SARS-COV-2, influenza, dan HIV. Struktur ini, yang digunakan virus untuk menginfeksi sel, terdiri dari tiga subunit identik yang menghadirkan tiga situs pengikatan potensial.
Kami berpikir: Bukankah lebih baik atau mengorganisir perpustakaan kami untuk pengikat yang sesuai dengan geometri target yang tepat? Dan pendekatan ini ternyata efektif secara ajaib.
Maartje Bastings, Programble Biomaterials Lab
Sayangnya, menggunakan pengikat monovalen untuk kompleks tiga unit (trimerik) ini adalah hit-or-miss. Faktanya, Maartje Bastings, kepala laboratorium biomaterial yang dapat diprogram di School of Engineering EPFL, membandingkannya dengan “melempar semangkuk spageti di dinding, seperti sesuatu Pasti akan tetap di suatu tempat. ”
Bastings menjelaskan: “Anda tidak dapat mengontrol di mana pengikat monovalen berinteraksi dengan targetnya: misalnya, itu mungkin berikatan dengan sisi protein, daripada antarmuka yang mengikat, mengurangi fungsinya. Dengan kata lain, Anda tidak dapat memilih tempat di dinding yang ada di tempat yang lebih baik. menjadi efektif secara ajaib. ”
Bastings dan timnya baru -baru ini melaporkan teknik pertama untuk memproduksi aptamers multimeric, yang menargetkan kompleks protein dengan presisi dan fungsionalitas yang belum pernah terjadi sebelumnya. Memang, pengikat dikembangkan dengan pendekatan laboratorium, dijuluki Medusa (majelis supramolekul berbasis DNA multivalen), menghasilkan afinitas yang mengikat antara 10 dan 1.000 kali lebih kuat daripada yang dicapai dengan pengikat monovalen. Selain menjadi lebih kuat, mereka juga ternyata jauh lebih selektif, yang sangat penting untuk diagnostik. Penelitian telah diterbitkan di Nanoteknologi Alam.
Kami telah merekayasa paradigma alami yang terlihat pada virus, di mana kompleks molekul multivalen evolve co-evolve, dan menerjemahkannya ke dalam metode penemuan pengikat baru yang memungkinkan kita untuk memilih pengikat multivalen yang dapat memblokir virus tersebut.
Artem Kononenko, Lab Biomaterial yang dapat diprogram
Pendekatan bioinspired
Kunci untuk mengembangkan pengikat trimerik adalah perancah: struktur molekul di mana tiga unit pengikat secara alami dirakit. Dalam percobaan mereka, para peneliti mengembangkan perancah mereka berdasarkan geometri protein lonjakan SARS-COV-2. Dengan menambahkan perancah yang disesuaikan ini ke perpustakaan Aptamer mereka, tim dapat membiaskan ruang urutan menuju kandidat trimerik yang akan mengikat secara fungsional ke antarmuka target sejak awal.
“Kami telah merekayasa retro paradigma alami yang terlihat pada virus, di mana kompleks molekul multivalen ikut berevolusi, dan menerjemahkannya ke dalam metode penemuan pengikat baru yang memungkinkan kami untuk memilih pengikat multivalen yang dapat memblokir virus tersebut,” merangkum kandidat PhD dan penulis pertama Artem Kononenko.
Setelah batch pertama pengikat diidentifikasi, kandidat dengan peningkatan afinitas untuk target mereka dikembangkan melalui proses seleksi dan amplifikasi berulang yang disebut 'evolusi'.
Meskipun merancang perancah baru dapat memakan waktu berjam -jam, proses evolusi dapat memakan waktu berminggu -minggu. Ke depan, tim peneliti bertujuan untuk memperpendek jangka waktu ini agar lebih sesuai dengan kebutuhan diagnostik biomedis dan terapi.
Tujuan lain adalah untuk mengembangkan pengikat multimerik yang menargetkan patogen dengan konfigurasi yang lebih kompleks, seperti demam berdarah (enam subunit pengikat) atau antraks (tujuh). “Pada akhirnya, kami ingin menggunakan ruang urutan multivalen baru ini untuk melatih model kecerdasan buatan generatif untuk melakukan ini untuk kami,” kata Bastings.
Referensi
Kononenko et al. Evolusi majelis supramolekul multivalen dari aptamers dengan organisasi spasial yang ditentukan target. Nanoteknologi Alam.
