نجح علماء من معهد سكريبس للأبحاث (سكريبس) في فلوريدا بالولايات المتحدة الأمريكية في تحويل الكلاب ذات القدرة المحدودة على "محاربة" بروتينات معينة إلى مدمرة للبروتين.
وقال توماس كوداديك: "من خلال الفحص عالي الإنتاجية، وهي طريقة تستخدم معدات روبوتية لتجميع آلاف المواد المختلفة في نفس الوقت، من الممكن تحضير ليجند اصطناعي (بيبتويد) قادر على التفاعل مع أي بروتين معروف تقريبًا". وهو أستاذ في قسم الكيمياء في معهد آشر للأبحاث في فلوريدا، وهو الذي قاد المشروع. "المشكلة هي أن كثافة نشاطهم عادة ما تكون معتدلة - مما يمنعهم من أن يكونوا أداة بحثية فعالة. ومن خلال ربط "رأس السهم" المعزول بالبيبتويد، تمكنا من إظهار أنه من الممكن زيادة قدرتها على التخلص من البروتين بآلاف الأمتار دون الحاجة إلى عمليات تحسين باهظة الثمن وتستغرق وقتًا طويلاً.
توفر الطريقة المبتكرة للباحثين توافرًا سريعًا لمركبات منشطة بالإشعاع انتقائية وقوية للغاية قادرة على تعطيل وظائف بروتينية معينة - وهي أداة مهمة في دراسة فهم الأمراض والوقاية منها. وبما أنه يمكن تركيز الضوء بدقة مكانية عالية، فإن هذه الطريقة يمكن أن تفتح نافذة لتعطيل البروتينات فقط في جزء معين من خلية واحدة، وليس في أجزاء أخرى، مثل تعطيل البروتين المستهدف في نواة الخلية وليس في المناطق المحيطة بها. السيتوبلازم.
تسمى هذه الطريقة CALI (تعطيل الضوء بمساعدة الكروموفور) - التعطيل بالضوء بمساعدة الكروموفور؛ Chromophores هي جزيئات قادرة على امتصاص الضوء المرئي أو فوق البنفسجي. وعلى الرغم من أن باحثين آخرين قد سبق لهم تحضير هذا النوع من المواد المتفاعلة، إلا أنهم عانوا من انخفاض الكفاءة، ويرجع ذلك أساسًا إلى التعطيل الذاتي. ويمثل رأس السهم المبتكر الذي يستخدمه الباحثون في معهد سكريبس تقدما كبيرا في هذا المجال.
استخدم الباحثون أحد مشتقات الروثينيوم، وهو عنصر معدني قادر على إنتاج ما يعرف باسم الأكسجين المفرد، وهو الشكل النشط والأقصر عمرًا للأكسجين المعزول (O2). يوضح الباحث: «عندما يمتص الروثينيوم الضوء المرئي، فإنه يحتاج إلى التخلص من هذه الطاقة الزائدة ليعود إلى حالته الطبيعية. وفي هذه العملية، ينتج شكلاً نشطًا للغاية من الأكسجين الذي يقسم أي بروتين في بيئته. في الواقع، هذه السلالة تدمر البروتين تماما."
على الرغم من أن الدراسات التي أجريت على الببتويدات الأخرى التي تحمل رأس السهم قد تم نشرها في الماضي، إلا أن الدراسة الجديدة تشير إلى أن سلائف الروثينيوم التي استخدموها تمثل تقدمًا تقنيًا مهمًا، وهو تقدم سيسمح للعلماء باستهداف البروتين الموجود داخل الخلية وخارجها بشكل انتقائي. وعلى عكس المواد العضوية المنتجة للأكسجين، فإن اتحاد الروثينيوم المبتكر نفسه لا يتفاعل مع الشكل النشط، وهي ميزة تزيد من كفاءة الطريقة بشكل كبير.
ويشير الباحثون إلى أن الخاصية المهمة الأخرى هي أن الببتويدات الجديدة ليس لها أي تأثير على مكونات الخلية والجسم قبل أن يتم تنشيطها بواسطة إشعاع الضوء.
ويشير الباحث إلى أن المركبات الاصطناعية البسيطة مثل الببتويدات لها عيوب كثيرة مقارنة بالروابط الأخرى (المواد التي ترتبط بالبروتينات وتغير نشاطها)، مثل الأجسام المضادة. من ناحية أخرى، يمكن تعديلها بسهولة بحيث تلتصق بالأسطح ويمكن إنتاجها بسرعة كبيرة بكميات ضخمة - مكتبة تضم عدة ملايين من الببتويدات المختلفة في ثلاثة أيام فقط. وأشار المقال إلى أن هذه الحقيقة تجعلها لبنات بناء مثالية للأبحاث الطبية الحيوية.
أصبح الباحث كوداديك مهتمًا بتطوير هذه الطريقة المبتكرة عندما قرر هو وباحث آخر هو بنجامين كرافات، رئيس قسم الفسيولوجيا الكيميائية، دمج تقنيتين منفصلتين - تركيب مكتبة من الببتويدات وطريقة لفرزها، تم تطويرها في مختبر كوداديك، وطريقة ABPP (تنميط البروتين القائم على النشاط، اكتشاف البروتينات القائمة على النشاط)، والتي تم تطويرها في مختبر الباحث كرافات. وقد وفر هذا المزيج طريقة مبتكرة وقوية لفرز وتحديد المواد الرائدة لتطوير أدوية عالية الجودة.
"ومع ذلك، عندما بدأنا للتو في التفكير في التعاون لتحديد مئات الروابط للبروتينات في نفس الوقت، كان حماسي الأولي مشروطًا بحقيقة أنني عرفت أن نشاط هذه المواد يجب أن يكون متواضعًا فقط وأننا لن نكون وقال الباحث الرئيسي: "إنهم قادرون على استخدام هذا العدد الكبير منهم لتحسين نشاطهم". "لقد نجحت طريقة "رأس السهم" المبتكرة لدينا في حل هذه المشكلة."
