Новейший двигатель эволюции конструирует белки в 100 000 раз быстрее, чем природа

Теперь наука способна комбинировать рациональный дизайн белков с непрерывной эволюцией — это поможет разработчикам лекарств создавать функциональные молекулы эффективнее, чем когда-либо.

Специалисты из Scripps Research разработали платформу, которая ускоряет саму эволюцию, позволяя исследователям создавать белки с полезными новыми свойствами в тысячи раз быстрее, чем в природе. Система, названная T7-ORACLE, позволит конструировать терапевтические белки для лечения рака, нейродегенеративных заболеваний и фактически для применения в любой области медицины.

«Это словно нажать кнопку быстрой перемотки эволюции. Теперь вы можете непрерывно и точно развивать белки внутри клеток без трудоемких шагов, не повреждая геном клетки», — рассказали авторы открытия.

Направленная эволюция — трудоемкий лабораторный процесс, который включает инициирование мутаций и отбор вариантов с улучшенной функцией в течение нескольких циклов. Так создают белки с заданными свойствами, такими как высокоселективные антитела с высокой аффинностью или ферменты с новыми специфичностями или каталитическими свойствами. Однако традиционные методы дизайна белков часто требуют повторных циклов манипуляций с ДНК и тестирования, каждый из которых занимает неделю или больше. Системы непрерывной эволюции, где белки эволюционируют внутри живых клеток без ручного вмешательства, направлены на упрощение этого процесса, позволяя одновременный мутагенез и отбор с каждым циклом деления клетки (примерно 20 минут для бактерий). Но существующие подходы ограничены технической сложностью или умеренными темпами мутаций.

T7-ORACLE обходит эти ограничения и обеспечивает непрерывный гипермутагенез и ускоренную эволюцию макромолекул.

T7-ORACLE позволяет трансформировать ключевые биологические процессы — такие как репликация ДНК, транскрипция РНК и трансляция белков — таким образом, чтобы они функционировали независимо от клетки-хозяина. Такая сепарация позволяет ученым перепрограммировать эти процессы, не нарушая нормальную работу клетки.

В будущем ученые заинтересованы в использовании этой системы для эволюции полимераз, которые могут реплицировать полностью искусственные нуклеиновые кислоты: синтетические молекулы, похожие на ДНК и РНК, но с новыми химическими свойствами — это открыло бы новые горизонты в синтетической геномике.

На данный момент авторы разработки сосредоточены на моделировании ферментов с прицелом на их дальнейшее применение в онкологии.