وبلاگ

Newswise – UPTON، NY – تیمی از دانشمندان آزمایشگاه ملی بروکهاون وزارت انرژی ایالات متحده (DOE) و دانشگاه کلمبیا راهی برای تولید مقادیر زیادی از گیرنده SARS-CoV-2، ویروسی که باعث COVID-19 می شود، نشان داده اند. ، به سطح سلول های انسانی متصل می شود. این اتصال بین پروتئین اسپایک ویروسی بدنام و گیرنده انسانی “ACE2” اولین گام در عفونت ویروسی است. ایجاد یک پروتئین کاربردی انسانی ACE2 در سلول‌های موش، روش جدیدی را برای مطالعه این گیرنده‌ها و کاربردهای بالقوه آنها در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد. علاوه بر این، همانطور که در مقاله ای که به تازگی در مجله منتشر شده است، توضیح داده شده است ویروس شناسیاین روش ممکن است مطالعه سایر پروتئین‌های پیچیده را که تولید آنها با روش‌های دیگر دشوار است، تسهیل کند.

هدف اولیه دانشمندان بروکهاون در آغاز همه‌گیری این بود که مقادیر زیادی ACE2 انسانی بسازند و سپس پروتئین را به نانوذرات بچسبانند. سپس نانوذرات پوشش داده شده با ACE2 را می توان به عنوان داروی ضد ویروسی و/یا به عنوان حسگر برای شناسایی ذرات ویروسی آزمایش کرد.

ویروس شناس آزمایشگاه Brookhaven گفت: برای هر یک از این کاربردها، شما به مقادیر زیادی پروتئین نیاز دارید و پروتئین باید کاملاً کاربردی باشد. پل فرایموتکه این مطالعه را با همکاری دانشمندان آزمایشگاه بروکهاون رهبری کرد مرکز نانومواد کاربردی (CFN). اما ساخت پروتئین های غشایی عملکردی مانند ACE2 به ویژه چالش برانگیز است زیرا فرآیندی که توسط آن پروتئین ها در غشای سلول قرار می گیرند پیچیده است.

یکی از دلایل این است که این پروتئین‌ها پس از سنتز و قبل از وارد شدن به غشای سلولی به روش‌های مختلفی اصلاح می‌شوند. به طور خاص، مولکول‌های کربوهیدرات متصل به پروتئین‌ها نقش کلیدی هم در نحوه تا شدن زنجیره طولانی پروتئین به ساختار سه بعدی نهایی آن و هم در نحوه عملکرد پروتئین در غشا ایفا می‌کنند.

فریموت گفت: کربوهیدرات ها حدود یک سوم جرم پروتئین ACE2 را تشکیل می دهند.

ساده‌ترین سلول‌هایی که دانشمندان برای تولید مصنوعی پروتئین‌ها استفاده می‌کنند، یعنی باکتری‌ها، فاقد آنزیم برای اتصال این مکمل‌های کربوهیدرات هستند. بنابراین تیم Brookhaven به سلول‌های موش‌ها روی آوردند که به عنوان پستانداران بیشتر شبیه ما هستند و بنابراین می‌توانند همان پردازش کربوهیدرات را انجام دهند. سلول‌های موش در جذب و بیان ژن‌های «خارجی» مهارت دارند. و در حالی که سلول‌های موش گیرنده ACE2 را نیز تولید می‌کنند، نوع موش پروتئین به سنبله SARS-CoV-2 متصل نمی‌شود. این بدان معناست که دانشمندان راه آسانی برای تشخیص اینکه آیا سلول‌های موش پروتئین ACE2 انسانی را می‌سازند یا نه – با دیدن اینکه آیا میخ‌ها به سلول‌ها متصل می‌شوند یا نه.

یافتن و بیان ژن ACE2

برای افزایش احتمال روشن شدن سلول های موش و خواندن صحیح ژن ACE2 انسان، این گروه از ژن دست نخورده استفاده کردند. ژن‌های انسان و دیگر «جانداران برتر» علاوه بر توالی DNA که بلوک‌های سازنده آمینواسید سازنده پروتئین را کد می‌کند، حاوی اطلاعات زیادی است. این اطلاعات اضافی به تنظیم ساختار و عملکرد ژن در کروموزوم های سلول کمک می کند.

دانشمندان به دنبال کتابخانه‌هایی از قطعات DNA شبیه‌سازی‌شده که به‌عنوان بخشی از آن تولید شده بودند، جستجو کردند پروژه ژنوم انسان– تلاشی که توسط وزارت انرژی حمایت می شود تا مکان همه ژن هایی را که ما را انسان می سازند، ترسیم کند – برای یافتن قطعه ای که حاوی ژن دست نخورده ACE2 به همراه اطلاعات نظارتی جاسازی شده آن است. سپس سلول‌های موش را در معرض نانوذرات پوشش‌داده‌شده با این قطعه DNA به‌علاوه ژن پروتئین دیگری قرار دادند که سلول‌ها را در برابر یک آنتی‌بیوتیک کشنده مقاوم می‌کرد.

فریموت گفت: «در این مورد، نانوذرات به‌عنوان یک عامل انتقال DNA عمل می‌کنند که توسط سلول‌ها جذب می‌شود، بنابراین DNA به طور بالقوه می‌تواند در کروموزوم‌های سلول‌های موش ادغام شود.» برای شناسایی سلول‌هایی که ژن یا ژن‌های خارجی را جذب کرده‌اند، آنتی‌بیوتیک را به کشت‌های سلولی اضافه می‌کنیم. سلول هایی که قادر به جذب و بیان ژن مقاومت آنتی بیوتیکی نبودند مردند، در حالی که سلول هایی که مقاومت آنتی بیوتیکی کسب کردند زنده ماندند و به کلونی تبدیل شدند.

دانشمندان حدود 50 مورد از این مستعمرات را در فرهنگ های جداگانه گسترش دادند و سپس آنها را آزمایش کردند تا تعیین کنند که چه تعداد از آنها نیز ژن ACE2 انسانی را جذب کرده و پروتئین گیرنده انسانی را تولید کرده اند.

تشخیص تولید پروتئین

فریموت گفت: «حدود 70 درصد از کلنی‌های مقاوم به آنتی‌بیوتیک، پروتئین ACE2 انسانی را در سطح سلول بیان می‌کنند. تجزیه و تحلیل بیشتر نشان داد که این کلنی ها به طور متوسط ​​حاوی 28 نسخه از ژن ACE2 انسانی بودند.

نکته مهم این است که سلول‌های موش به نسخه‌های ژن «خارجی» ACE2 متصل شدند و به تولید پروتئین ACE2 انسانی که توسط این ژن‌ها کدگذاری شده بود، حداقل برای ۹۰ نسل سلولی ادامه دادند.

سطح پروتئین ACE2 انسانی تولید شده توسط سلول ها به طور کلی با تعداد نسخه های ژن ACE2 ادغام شده در ژنوم موش متناسب است. تعدادی از کلون های سلولی موش حدود 50 برابر بیشتر از مقدار معمولی ACE2 در سلول های موش تولید کردند.

دانشمندان از روش های مختلفی برای آزمایش اینکه آیا پروتئین ACE2 انسانی تولید شده توسط موش کارایی دارد یا خیر استفاده کردند. اینها شامل اثبات این است که یک “شبه ویروس” حاوی پروتئین سنبله کووید – یعنی. یک جایگزین غیر بیماری زا برای SARS-CoV-2 – می تواند به گیرنده ها متصل شود و سلول ها را آلوده کند.

فریموت گفت: «این آزمایش‌های عفونی نشان داد که پروتئین ACE2 انسانی بیان شده روی این سلول‌های موش کاملاً کاربردی است.

موارد استفاده و اثرات

در همین حال، باند اولگ و فیو تنگنویسندگان مشترک این مطالعه از CFN، در حال بررسی راه‌های مختلف برای ایجاد نانو وزیکول‌های خارج سلولی غنی‌شده با ACE2 انسانی فریبنده برای درمان بالقوه COVID-19 هستند. آنها همچنین در حال بررسی قرار دادن پروتئین های ACE2 بر روی نانوذرات برای کاربردهای بالقوه در درمان عفونت ها یا تشخیص سریع ویروس هستند.

چالش ایجاد شده توسط نانووزیکول های مبتنی بر ACE2 در افزایش اثر خنثی کننده آن ها در برابر SARS-CoV-2 نهفته است. ما همچنین به دنبال راه‌هایی برای بهبود و بهره‌برداری از حساسیت و ویژگی اتصال نانوذرات مرتبط با ACE2 هستیم تا آنها را برای تشخیص ویروسی مفید کنیم. هر دو رویکرد به تلاش‌های بهینه‌سازی آینده نیاز دارند. علم نانوبرنامه های کاربردی مبتنی بر

گنگ، که قرار ملاقات مشترکی در دانشگاه کلمبیا دارد، گفت: «ما از ترکیب پیشرفت‌ها در ساخت نانومواد با رویکردهای زیست مولکولی برای توسعه استراتژی‌های درمانی و حسی جدید هیجان‌زده هستیم. این مطالعه به ما اجازه داد تا بر برخی مسائل روش‌شناختی غلبه کنیم، زیرا نانومواد و بیوسیستم‌ها به رویکردهای مشخص‌سازی کاملاً متفاوتی نیاز دارند. آنچه در اینجا آموختیم برای گام های بعدی ما در بهبود حس زیستی مبتنی بر نانوذرات مهم است.

این کار علاوه بر امکان کاربردهای احتمالی پروتئین نوترکیب ACE2، رویکرد جدیدی را برای تولید طیف وسیعی از پروتئین‌های پیچیده نشان می‌دهد. به عنوان مثال می توان به مجموعه وسیعی از گیرنده های سطح سلولی اشاره کرد که واسطه بی شماری از فرآیندهای بیولوژیکی و بیماری، و همچنین پروتئین های مهم صنعتی مانند آنتی بادی ها و آنزیم های مونوکلونال هستند.

فریموت گفت: «روش ما برای استفاده از ژن‌های دست‌نخورده همراه با سلول‌های موش که می‌توانند برای رشد در کشت‌های سوسپانسیون بزرگ – مشابه کشت‌های آبگوشت مایع برای رشد باکتری‌ها – سازگار شوند، می‌تواند تولید در مقیاس بزرگ این پروتئین‌ها و دیگر پروتئین‌های مهم را تسریع کند.» .

این تحقیق توسط کمک هزینه تحقیق و توسعه هدایت شده توسط آزمایشگاه و از منابع مرکز نانومواد کاربردی (CFN) در آزمایشگاه ملی بروکهاون پشتیبانی شد. CFN یک تسهیلات کاربری دفتر علوم DOE است که توسط دفتر علوم (BES) نگهداری می شود.

آزمایشگاه ملی بروکهاون توسط دفتر علوم وزارت انرژی ایالات متحده پشتیبانی می شود. دفتر علوم بزرگترین حامی تحقیقات پایه در علوم فیزیکی در ایالات متحده است و برای رسیدگی به برخی از مهم ترین چالش های زمان ما کار می کند. برای اطلاعات بیشتر مراجعه کنید Science.energy.gov.

BrookhavenLab@ را در رسانه های اجتماعی دنبال کنید. ما را در پیدا کنید اینستاگرام، لینکدین، ایکسو فیس بوک.