Группа ученых из Брукхейвенской национальной лаборатории Министерства энергетики США и Колумбийского университета продемонстрировала способ получения большого количества рецептора, с которым связывается вирус SARS-CoV-2, вызывающий COVID-19, на поверхности человеческих клеток. Это связывание знаменитого вирусного белка-шипа с человеческим рецептором ACE2 является первым этапом заражения вирусом. Создание функционального человеческого белка ACE2 в клетках мыши дает ученым новый способ изучить эти рецепторы и потенциально применить их на практике. Кроме того, как говорится в статье, опубликованной в журнале Virology, этот метод может облегчить изучение других сложных белков, которые оказалось трудно получить другими способами. Первоначальной целью брукхейвенских ученых в начале пандемии было получение большого количества человеческого ACE2, а затем прикрепление этого белка к наночастицам. Затем наночастицы с покрытием ACE2 можно было бы испытать в качестве антивирусной терапии и/или сенсоров для обнаружения вирусных частиц.
Одна из причин заключается в том, что эти белки подвергаются различным модификациям после их синтеза и до того, как они встраиваются в клеточную мембрану. В частности, молекулы углеводов, добавляемые к белкам, играют ключевую роль в том, как длинная белковая цепь сворачивается в конечную 3D-структуру и как белок функционирует в мембране.
Простейшие клетки, которые ученые используют для искусственного создания белков, а именно бактерии, не имеют ферментов для присоединения этих углеводных добавок. Поэтому брукхейвенская команда обратилась к клеткам мышей, которые, будучи млекопитающими, больше похожи на нас и, следовательно, способны выполнять ту же самую обработку углеводов. Мышиные клетки известны тем, что умеют подхватывать и экспрессировать «чужие» гены. И хотя мышиные клетки также производят рецептор ACE2, мышиная версия этого белка не связывается с шипом SARS-CoV-2. Это означает, что ученые могли бы легко проверить, производят ли мышиные клетки человеческий белок ACE2, посмотрев, связываются ли шипы с клетками. Поиск и экспрессия гена ACE2Чтобы увеличить шансы на то, что клетки мыши правильно встроят и прочитают человеческий ген ACE2, группа использовала неповрежденный ген. Гены человека и других «высших организмов» содержат много информации в дополнение к последовательности ДНК, которая кодирует строительные блоки аминокислот, составляющие белок. Эта дополнительная информация помогает регулировать структуру и функционирование генов в хромосомах клетки. Ученые исследовали библиотеки клонированных фрагментов ДНК, созданных в рамках проекта «Геном человека» — финансируемого Министерством энергетики США проекта по определению местоположения всех генов, которые делают нас людьми, — и нашли фрагмент, содержащий неповрежденный ген ACE2 со встроенной в него регуляторной информацией. Затем они подвергли клетки мышей воздействию наночастиц, покрытых этим фрагментом ДНК, а также геном другого белка, который делает клетки устойчивыми к смертельному антибиотику.
Ученые разделили около 50 таких колоний на отдельные культуры, а затем протестировали их, чтобы определить, сколько из них также восприняли человеческий ген ACE2 и произвели человеческий рецепторный белок. Обнаружение производства белка
Важно отметить, что мышиные клетки удерживали «чужие» копии гена ACE2 и продолжали производить человеческий белок ACE2, кодируемый этими генами, на протяжении как минимум 90 клеточных поколений. Уровень продуцируемого клетками человеческого белка ACE2 в целом был пропорционален количеству копий гена ACE2, интегрированных в геном мыши. Некоторые клоны мышиных клеток вырабатывали в 50 раз больше ACE2, чем обычно присутствует в мышиных клетках. Ученые использовали различные методы, чтобы проверить, насколько функциональны человеческие белки ACE2, созданные на основе мыши. В частности, они продемонстрировали, что «псевдовирус», содержащий белок COVID spike, то есть непатогенный аналог SARS-CoV-2, может связываться с рецепторами и заражать клетки.
Применение и последствияТем временем Олег Ганг и Фейюэ Тенг, соавторы исследования из CFN, изучают различные способы создания внеклеточных нановезикул, обогащенных ложным человеческим ACE2, для потенциального лечения COVID-19. Они также изучают возможность размещения белков ACE2 на наночастицах для потенциального применения в лечении инфекций или быстрого обнаружения вирусов.
«Мы рады объединить достижения в области изготовления наноматериалов с биомолекулярными подходами для разработки новых терапевтических и сенсорных стратегий», — говорит Ганг, работающий в Колумбийском университете. „Это исследование позволило нам преодолеть некоторые методологические проблемы, поскольку наноматериалы и биосистемы требуют совершенно разных подходов к определению характеристик. То, что мы здесь узнали, важно для наших следующих шагов по совершенствованию биосенсинга на основе наночастиц“. Помимо возможности применения рекомбинантного белка ACE2, работа также демонстрирует новый подход к получению широкого спектра сложных белков. В качестве примера можно привести огромное количество рецепторов клеточной поверхности, которые опосредуют бесчисленные биологические и болезненные процессы, а также промышленно важные белки, такие как моноклональные антитела и ферменты.
22.01.2024 |
Здоровье
В Воронеже разработали новый метод извлечения коллагена из кожи пресноводных рыб | |
Эффективный способ получения коллагена из ... |
В МФТИ создают новую систему медицинской реабилитации | |
По статистике ВОЗ, около 2,4 миллиарда человек... |
Trends in Biotechnology: Открыты новые пути усовершенствования биотехнологий | |
Макрофаги — это клетки иммунно... |
Показал высокую эффективность: ученые СПбГУ создали гидрогель для лечения ран | |
Гидрогелевый материал для лечения ран&nbs... |
В ННГУ разрабатывают калькулятор биологического возраста | |
Калькулятор биологического возраста для ж... |
Прорыв в медицине: канал TRPV1 открывает новые перспективы в лечении мозга | |
Специалисты Федерального центра мозга и н... |
В России материал для восстановления костей улучшили с помощью ионов гадолиния | |
Костный цемент используют в медицине для&... |
PLOS ONE: У правшей и левшей различается химический состав ключичных костей | |
Учёные исследовали скелетные останки человека ... |
Сеченовский университет: обнаружено ещё одно последствие COVID-19 | |
У детей, которые ранее перенесли коронав... |
Российские ученые предложили использовать вирус растений для лечения саркомы | |
Ученые из МГУ и Сеченовского ун... |
Menopause: Ученые заподозрили роль эстрогена в развитии астмы | |
Слишком ранний возраст наступления менопаузы п... |
В России разработали искусственные кости и новые методы лечения позвоночника | |
Новосибирские учёные коллектива ФГБУ Новосибир... |
Nature Communications: Жизнь все-таки можно повернуть назад | |
Клетка похожа на шумный мегаполис, в ... |
EBioMedicine: Создан инструмент для выявления сепсиса у новорожденных | |
Генетическая сигнатура новорождённых может пре... |
В Университете Льва Толстого разработали импортозамещающие лекарства | |
Ученые Центра технологического превосходства Т... |
NatMet: Открытие приближает к раннему обнаружению и лечению болезни Хантингтона | |
Биохимический механизм, связанный с разви... |
PNAS: Появилось новое понимание того, как мутации влияют на болезни | |
Многие статистические модели и алгоритмы&... |
JCTP: Новый метод поможет диагностировать инфекцию у людей с бляшечным псориазом | |
Псориаз ногтей часто встречается у людей ... |
NatImmuno: Выяснилось, как опасный паразит проникает под кожу, не вызывая зуда | |
Представьте себе зуд, который не проходит... |
CS: Раскрыта работа эстафетных палочек в молекулярной эстафете внутри клеток | |
Исследователи из Токийского столичного ун... |
MedComm-Oncology: Найдена причина устойчивости раковых клеток к лечению | |
Рак всё ещё плохо поддаётся лечению,... |
В МФТИ создали систему домашней экспресс-диагностики с лабораторной точностью | |
В лаборатории МФТИ разработали систему домашне... |
Новое приложение поможет выбрать оптимальную схему восстановления после инсульта | |
Сотрудники Университета МИСИС и НИИ ... |
Ученые КФУ синтезировали многофункциональные самособирающиеся макромолекулы | |
Они могут доставлять лекарства, хранить ДНК&nb |
NuMeRi: Разработан транспорт для доставки лучевой терапии прямо в опухоль | |
Исследователи доказали, что мини-белок, р... |
JS&ES: Облучение плазмой крови может предотвратить повторные разрывы сухожилий | |
Человеческое тело, к сожалению, так ... |
Lab on a Chip: Дешевле и точнее — это все о новой разработке для диагностики рака | |
Устройство для выявления рака толстой киш... |
Nat. Biotechnol: Новый инструмент ИИ предсказывает мутации в сотнях заболеваний | |
Инструмент с помощью искусственного интел... |
В ЛЭТИ представили алгоритм ранней диагностики патологий беременности | |
Разработка позволит прогнозировать протекание ... |
The BMJ: Генная сигнатура улучшит выживаемость пациенток с раком молочной железы | |
Использование метода генных сигнатур может улу... |