Ученые создали систему PROTEUS (PROTein Evolution Using Selection), которая ускоряет эволюцию белков в лаборатории. В природе эволюция занимает годы, но этот метод сокращает процесс до недель. Он имитирует естественный отбор, только быстрее и целенаправленнее.

PROTEUS можно использовать для создания молекул с новыми свойствами — например, улучшить CRISPR или разработать более эффективные лекарства.

Сейчас направленная эволюция работает в основном в бактериях, а PROTEUS позволяет делать то же самое в клетках млекопитающих, — объясняет Грег Нили, профессор Университета Сиднея.

Направленная эволюция — это метод, когда ученые создают условия для быстрого отбора молекул с нужными свойствами, имитируя естественный отбор, но в пробирке и за недели вместо веков.

Система решает задачи, которые трудно просчитать вручную. Допустим, нужно отключить ген, вызывающий болезнь. PROTEUS перебирает миллионы вариантов молекул и находит те, что лучше всего справятся с задачей. То, на что у ученых ушли бы годы, система делает за короткий срок.

С ее помощью уже создали:

• Белки, которые легче контролировать лекарствами.
• Нанотела, обнаруживающие повреждения ДНК — ключевой процесс в развитии рака.

Но возможности шире: PROTEUS может улучшать почти любые белки.

Исследование опубликовано в журнале Nature Communications. Главная проблема, с которой столкнулись ученые, — как заставить клетки млекопитающих стабильно переносить множественные мутации, не «жульничая» (например, не находя простых, но бесполезных решений). Помогли химерные вирусоподобные частицы — гибрид оболочки одного вируса и генов другого.

Система устойчива, проверена независимыми лабораториями. Мы сделали ее открытой — интересно, как ее применят другие, — говорит ведущий исследователь Кристофер Денеш.

PROTEUS может:

• Ускорить разработку лекарств, особенно против рака и генетических болезней.
• Создать более точные инструменты для редактирования генов (например, снизить побочные эффекты CRISPR).
• Улучшить mRNA-вакцины, сделав их эффективнее и безопаснее.
• Генерировать белки для промышленности — от экологичных катализаторов до новых материалов.

Пока PROTEUS тестировали только в лабораторных условиях. Неясно, как система поведет себя в реальных терапиях — например, не вызовет ли иммунный ответ на химерные частицы. Кроме того, массовое применение упрется в стоимость: направленная эволюция требует больших вычислительных мощностей.

Ранее ученые выяснили, какую роль в создании новых белков играют рибосомы.