Un equipo de investigación en biología sintética liderado por Northwestern ha combinado tecnologías para desarrollar una nueva técnica biotecnológica que promete acelerar la investigación de terapias con proteínas que algún día podrían convertirse en la próxima defensa contra los supergerms resistentes a los antibióticos o el próximo nuevo fármaco.
Comenzó cuando Milan Mrksich, el profesor Henry Wade Rogers de ingeniería biomédica, química, y biología celular y molecular, y colega Michael Jewett, el profesor Charles Deering McCormick de excelencia docente y profesor asociado de ingeniería química y biológica, decidió comparar notas y combinar fuerzas.
El par, que dirigen el Centro de Biología Sintética de Northwestern, donde Mrksich es el director y Jewett es el codirector, se preguntó qué podrían lograr si combinaran la tecnología de espectrometría de masas del laboratorio Mrksich con la experiencia del laboratorio Jewett en glicosilación y producción rápida de proteínas.
Glicosilación, que es la unión de los azúcares a las proteínas, juega un papel fundamental en cómo se forman y funcionan las proteínas en las células y cómo las células interactúan con otras células. También es importante en el estudio de enfermedades y biotecnologías.
Sus ideas comenzaron a cristalizar cuando se unieron a la experiencia en ingeniería de glicosilación del colaborador cercano Matt DeLisa, el Profesor William L. Lewis de Ingeniería en la Escuela de Ingeniería Química y Biomolecular Robert Fredrick Smith en la Universidad de Cornell.
Juntos desarrollaron una nueva plataforma para caracterizar y optimizar secuencias para producir glicoproteínas utilizando la síntesis de proteínas libres de células y la espectrometría de masas.
El avance resultante se describe en "Diseño de sitios de glicosilación mediante síntesis y análisis rápidos de glicosiltransferasas, "publicado el 7 de mayo por la revista Biología química de la naturaleza . Mrksich y Jewett son los coautores correspondientes. Los dos coautores principales son Weston Kightlinger, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Jewett, y Liang Lin, estudiante de doctorado en el laboratorio de Mrksich.
La nueva técnica promete acelerar enormemente el tiempo necesario para probar compuestos para posibles nuevos fármacos. Tan reciente como hace unas décadas, Los medicamentos se basaban en productos naturales que se aislaban y caracterizaban tediosamente a partir de plantas y otras fuentes naturales.
Pero una vez que los químicos aprendieron a crear bibliotecas de un gran número de moléculas, que en la actualidad se cuentan por millones, y una vez que la ingeniería presentó la automatización de laboratorio como herramienta, Los científicos e ingenieros pudieron probar rápidamente millones de compuestos en unas pocas semanas para identificar buenos puntos de partida para el desarrollo de fármacos.
Todavía, Mrksich explicó, en biología sintética, el tiempo de ciclo para probar cada interacción enzima-sustrato puede llevar semanas o meses.
"Hemos acelerado radicalmente el proceso, ", Dijo Mrksich." Donde los investigadores de hoy pueden evaluar un par de cientos de posibles etiquetas de glicosilación en un período determinado, hemos reunido dos tecnologías de alto rendimiento que nos permiten evaluar varios miles en ese mismo período de tiempo ". Estas etiquetas son importantes porque la glicosilación está presente en el 70 por ciento de las terapias de proteínas ya aprobadas o en evaluación preclínica.
El proceso funciona combinando tres técnicas de los laboratorios Northwestern:
Combinado con el conocimiento de glicoingeniería del laboratorio de DeLisa, la técnica combinada analiza la glicosilación de forma rápida y eficaz.
"Desarrollamos matrices de péptidos donde tenemos una placa del tamaño de su mano que tiene aproximadamente 1, 500 regiones circulares en él, "Dijo Mrksich." Cada una de esas regiones tiene adjunta una etiqueta de péptido diferente, y podemos aplicar la solución de enzima de manera uniforme en toda la matriz y cada una de las etiquetas de péptido se puede glicosilar ".
Después de enjuagar la placa, toda la matriz se puede analizar mediante espectrometría de masas, que cuantifica la cantidad de glicosilación de cada péptido.
"En un día, Podemos evaluar miles de etiquetas de péptidos distintas para identificar las óptimas para la glicosilación con las que luego avanzamos, "Dijo Mrksich.
El resultado no solo es mucho más rápido, sino que también ofrece datos mucho más detallados. "Nuestro método nos permite no solo elegir a los ganadores, que comúnmente buscamos en experimentos científicos, pero los fracasos también, "Dijo Jewett.
El equipo denominó el proceso GlycoSCORES, o caracterización y optimización de la secuencia de glicosilación mediante expresión y cribado rápidos.
DeLisa dijo que estaba emocionado de usar la nueva tecnología para abordar una serie de preguntas abiertas sobre cómo funcionan las diferentes enzimas de glicosilación.
"Esta técnica nos permite hacer preguntas mucho más precisas y científicas en esta área de lo que hubiera sido posible anteriormente, ", dijo." El nuevo conocimiento que se deriva realmente podría cambiar el juego en términos de nuestra capacidad para diseñar glicoproteínas con rasgos deseables ".
