توسعه تکنیک جدید “تکامل هدایت شده” برای تولید پروتئین‌های دارویی

دانشمندان اخیراً یک روش “تکامل هدایت شده”(directed evolution) جدید توسعه داده اند و توسط این روش ویروس‌ها را به گونه‌ای هدایت کنند که در طی چند روز پروتئین‌های دارویی جدید تولید کنند.

به گزارش آردی نیوز و به نقل از گیزمگ، تکامل یکی از نیروهای تأثیرگذار طبیعت است که اجازه می‌دهد جانداران خود را با محیط انطباق دهند تا زنده بمانند. با به کارگیری و هدایت این روند، دانشمندان توانسته‌اند میکروارگانیسم ها (micro-organisms) را به گونه‌ای مدیریت کنند که بتوانند از آنها مواد و دارو تولید کنند.

میکروب، میکروارگانیسم، ریزسازواره یا ریزاندامگان، جاندارانی هستند که با چشم غیرمسلح دیده نمی‌شوند. ریزاندامگان شامل باکتری‌ها، ویروس‌ها، آغازیان، و برخی قارچ‌ها هستند. ریزاندامگان‌ها در همه جا، از آب و هوا گرفته تا خاک، روی پوست بدن و مخاط بدن انسان و جانوران به میزان فراوان وجود دارند و می‌توانند بیماری زا و یا مفید باشند.

در حال حاضر، پژوهشگران “دانشگاه کارولینای شمالی”(UNC) امریکا ابزار جدیدی را ایجاد کرده‌اند که سرعت این روند را در سلول‌های پستانداران افزایش می‌دهد و طی چند روز، درمان‌های جدیدی را ایجاد می‌کند.

روش “تکامل هدایت شده” بسیار مهم است و پیشگامان و توسعه دهندگان این روش با توسعه آن موفق به اخذ جایزه نوبل شیمی سال ۲۰۱۸ نیز شده‌اند.

در تکامل هدایت شده، برای یک پروتئین جهش‌زایی تصادفی اعمال می‌شود. به بیان دیگر مجموعه‌ای از جهش‌ها انجام گرفته و سپس گزینش‌های بعدی اعمال می‌شود. این روش از تکامل طبیعی باعث می‌شود نتایج بهتری از طراحی منطقی پروتئین بدست آید.

در گذشته، این فرآیند برای تولید آنزیم‌های جدید یا استفاده از باکتری برای طراحی آنتی بیوتیک‌های جدید استفاده شده است اما اخیرا طی این مطالعه، پژوهشگران تصمیم گرفتند تا یک روش جدید را برای سرعت بخشیدن به آزمایشات انجام دهند.

آنها طی این مطالعه سیستمی موسوم به “وگاس”(VEGAS) که به معنای “توالی متحرک ژنتیکی تکامل ویروسی “(Viral Evolution of Genetically Actuating Sequences) است را توسعه دادند. این سیستم بر اساس “ویروس سیندبیس” (Sindbis virus) توسعه داده شده است چرا که این ویروس توانایی گسترش سریع و جهش زایی را دارد.

پژوهشگران ویروس را در یک ظرف کشت سلولی قرار دادند و سعی کردند تا آن را تغییر دهند تا آن ویروس بتواند عملکرد خاصی را در سلول‌های پستانداران انجام دهد مثلاً، ژن‌ها یا پروتئین‌های خاصی را فعال کند. دانشمندان سپس محیط را به شرایطی تبدیل کردند که تنها ژن‌های جهش یافته مورد نظر قادر به رشد باشند.

پژوهشگران در آزمایشات خود بر روی پروتئینی به نام “تتراسایکلین ترانس اکتیوتر”(tTA) تمرکز کردند. این پروتئین که اصولاً در این نوع آزمایشات یک پروتئین شناخته شده است، ژن‌ها را فعال می‌کند.

بعضی از آنتی بیوتیک‌ها، مانند “داکسی سایکلین”(doxycycline)، معمولاً جلوی عملکرد این پروتئین را می‌گیرند بنابراین محققان از سیستم “وگاس” برای مقاوم کردن تتراسایکلین ترانس اکتیوتر در برابر این آنتی بیوتیک ها استفاده کردند.

نتیجه این آزمایش موفقیت آمیز بود و پژوهشگران موفق به ایجاد یک نسخه جدید از تتراسایکلین ترانس اکتیوتر با ۲۲ جهش شدند که می‌تواند حتی با وجود سطوح بالایی از داکسی سایکلین کار خود را به درستی انجام دهد. نکته جالب این است که پژوهشگران توانستند تنها طی هفت روز این کار را انجام دهند.

“جاستین انگلیش”(Justin English) نویسنده ارشد این مطالعه گفت: برای درک اینکه عملکرد سیستم مذکور چگونه است باید بگویم که در روش پیشین تحرک پستانداران که بر روی تترا سایکلین اکتیوتر انجام شد، در عرض ۴ ماه توانستیم تنها دو جهش ایجاد کنیم و کمی آن را نسبت به داکسی سایکلین مقاوم کنیم.

در آزمایش بعدی، محققان از این سیستم برای بررسی یک گیرنده سلولی ضعیف به نام “MRGPRX۲” استفاده کردند. آنها آن را تکامل دادند و پس از بررسی‌ها دریافتند که چگونه عمل می‌کند. این به نوبه خود پژوهشگران را قادر می‌سازد تا سریعاً نانوبادی‌هایی را ایجاد کنند که می‌توانند این نوع گیرنده‌ها را مورد هدف قرار دهند و این موضوع می‌تواند منجر به توسعه درمان‌های جدید شود. یافته‌های این مطالعه در مجله “Cell” منتشر شد. /ایسنا