البروتين: المزايا والعيوب

تتيح طريقة جديدة استخدام قياس الطيف الكتلي لمراقبة جودة إنتاج البروتين المؤتلف - دون الحاجة إلى "التنقية" التي تتطلب استثمارًا كبيرًا للوقت والمال

ينصح المعلمون الروحيون أحيانًا طلابهم بتحويل العيوب إلى مزايا. وقد اتبعت مجموعة البروفيسور ميخال شارون من قسم العلوم الجزيئية الحيوية في معهد وايزمان للعلوم هذا النهج في دراسة البروتينات. وكما ورد في المجلة العلمية Communications Biology، فقد طور العلماء طريقة تعمل على تسريع عمليات مراقبة الجودة بشكل كبير لإنتاج البروتينات لصناعة الأدوية والعديد من الاستخدامات الأخرى.

يتعامل مختبر البروفيسور شارون مع تحليل هياكل البروتين باستخدام طرق متقدمة لقياس الطيف الكتلي - وهي تقنية تتيح إمكانية تحديد تركيب البروتينات حتى مستوى الذرات الفردية. حتى الآن، كان من الشائع الاعتقاد بأن هذه التكنولوجيا لها قيود كبيرة: عند استخدامها لاختبار البروتينات التي تنشأ من خلية كاملة، فإن البروتينات المنتجة بكميات كبيرة تطغى على كل شيء آخر وتجعلها "غير مرئية". هذه الحقيقة هي بالطبع عيب عندما تريد الحصول على صورة كاملة لجميع البروتينات الموجودة في الخلية، ولكن لنفترض أننا كنا مهتمين ببروتين واحد فقط، والذي يتم إنتاجه في الخلية بكميات كبيرة على أي حال؟ لنأخذ على سبيل المثال البروتينات المؤتلفة، والتي تستخدم في صناعة الأغذية والأدوية ويتم إنتاجها من خلال "الإفراط في التعبير"؛ في هذه العملية، يتم حقن الجين الذي يرمز للبروتين المطلوب في الخلايا، مما يجعل الخلايا تنتجه بكميات كبيرة. واليوم، ومن أجل اختبار جودة البروتين الذي يتم إنتاجه بهذه الطريقة، يجب قتل الخلية التي تم تكوينه فيها، وعزل البروتين في عملية تعرف باسم "التنقية".

هذه هي بالضبط المرحلة التي حولت فيها البروفيسور شارون وزملاؤها الباحثون العيب إلى ميزة. إذا كان البروتين الذي يتم إنتاجه بكميات كبيرة يطغى على جميع البروتينات الأخرى في الخلية ويجعلها "غير مرئية"، فهذه فرصة عظيمة لفحص خصائصه باستخدام قياس الطيف الكتلي لجميع بروتينات الخلية، وبالتالي توفير عملية التنقية التي تتطلب عملية كبيرة. استثمار الوقت والمال.

ولاختبار ذلك، قام الدكتور جيلي بن نيسان وشاي فيمر وباحثون آخرون في مجموعة البروفيسور شارون بإدخال جينات مختلفة في خلايا الخميرة والحشرات، وحتى في الخلايا البشرية التي تنمو في المزرعة، بهدف جعلها تنتج بروتينًا معينًا. بكميات أكبر من المعتاد. وفي وقت لاحق، قمنا بفحص البروتين باستخدام قياس الطيف الكتلي، بعد التنقية وبدون تنقية، وقمنا بمقارنة النتائج.

كان أداء الاختبار جيدًا، سواء تمت تنقية البروتين قبل اختبار خصائصه أم لا. وفي كلتا الحالتين، تمكن العلماء من قياس العديد من خصائص البروتين، بما في ذلك الوزن الجزيئي، وطريقة طيه، والذوبان، والبنية العامة، وحتى القدرة على الارتباط بجزيئات بيولوجية أخرى. ومع ذلك، في حين أن الاختبار الذي يتضمن التنقية استغرق ما بين يومين وثلاثة أيام، فإن الاختبار الذي تم إجراؤه بدون تنقية استمر حوالي 30 دقيقة فقط.

تشير هذه النتائج إلى أن قياس الطيف الكتلي دون التنقية المسبقة يمكن أن يبسط ويسرع إلى حد كبير عملية مراقبة جودة البروتينات. هذا الاستنتاج مهم بشكل خاص بالنظر إلى الحجم المتزايد لإنتاج البروتينات المخصصة. منذ إنشاء أول بروتين مؤتلف في التاريخ في عام 1982 - الأنسولين - تم إنشاء العشرات من البروتينات الأخرى. في الواقع، منذ عام 2011، في الولايات المتحدة وحدها، تمت الموافقة على استخدام أكثر من 60 بروتينًا مؤتلفًا كأدوية لعلاج السرطان والأمراض الوراثية وأمراض المناعة الذاتية والأمراض المعدية، بما في ذلك بيليموباب - الجسم المضاد لعلاج مرض الذئبة. غلوكاربيداز - إنزيم يُعطى لمرضى السرطان الذين يعانون من اختلال وظائف الكلى. وtbo-filgrastim - وهو عامل نمو يشجع على إنتاج خلايا الدم البيضاء. بالإضافة إلى ذلك، فإن الغالبية العظمى من الإنزيمات الصناعية المستخدمة في صناعة الورق والجلود والمنظفات والأقمشة والمواد الغذائية وغيرها - هي بروتينات مؤتلفة؛ في صناعة المواد الغذائية، يتم استخدام البروتينات المؤتلفة لمعالجة القهوة، لإنتاج عصائر الخضار والفواكه، وكمحليات صناعية.

كما شارك في الدراسة الدكتورة شيرا وارشافسكي والدكتور شيرال فليشمان من قسم العلوم الجزيئية الحيوية؛ أليزا كاتز، والدكتور هداس كوهين دباشي، والدكتور رون ديسكين من قسم البيولوجيا الهيكلية؛ وميتال يونا، ود. تمار أونجار، ود. يوآف بيليج من قسم البنى التحتية لأبحاث علوم الحياة؛ والدكتور ديفيد مورجنسترن من المركز الوطني الإسرائيلي للطب الشخصي الذي يحمل اسم نانسي وستيفن جراند.

يمكن للثقافة البكتيرية بحجم 10 ملليلتر أن تنتج ما يصل إلى 10 ملليجرام من البروتين المؤتلف خلال 24 ساعة.

للمادة العلمية