Duke University Medical Center βιοχημικοί έχουν χρησιμοποιήσει υπολογιστικές σχεδιασμό για να κατασκευάσει και να κατασκευάσει μια πρωτεΐνη που θα μπορούσε να την έννοια, η Soman πράκτορα νεύρων. Είπαν την επίτευξή τους, αποτελεί μια απόδειξη της αρχής ότι οι εν λόγω μηχανικής πρωτεΐνες μπορούν να γίνουν για την ανίχνευση νευρικών παράγοντες, όπως σαρίν και άλλων τοξικών ουσιών.
Τέτοιες πρωτεΐνες θα μπορούσαν να ενσωματωθούν σε ανιχνευτές, που θα μπορούσαν να μοιάζουν με ανιχνευτές καπνού και θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ευρέως ως έγκαιρης προειδοποίησης συναγερμούς, οθόνες όπλα ή κατά τη διαδικασία απορρύπανσης μετά από μια επίθεση. Ο ανιχνευτής όχι μόνο θα μπορούσε να προειδοποιούν για την παρουσία του πράκτορα νεύρων, αλλά λειτουργεί ως μια συνεχής παρακολούθηση των επιπέδων της.
Με επικεφαλής τον Καθηγητή Βιοχημείας Homme Hellinga, Ph.D. , οι ερευνητές ανέφεραν την επίτευξή τους σε ένα έγγραφο που δημοσιεύθηκε online 17 του Μαΐου 2004 στα Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών. Εκτός Hellinga, και άλλους συνδημιουργούς του χαρτιού PNAS ήταν Malin Allert, Shahir Rizk και Λόρεν Looger. Η έρευνά τους χρηματοδοτείται από το Research Projects Defense Advanced Οργανισμού.
Στο έγγραφο PNAS, Helling και οι συνάδελφοί του που περιγράφονται τρόπο με τον οποίο είχε σχεδιάσει μια πρωτεΐνη που ανιχνεύει υποκατάστατο Soman, που ονομάζεται πινακολύλιο μεθυλο phosphonic οξύ (PMPa), το οποίο έχει την ίδια βασική χημική δομή όπως Soman, αλλά είναι λιγότερο τοξικά. Soman είναι πράκτορας νεύρων πρώτη φορά εφευρέθηκε από τους Γερμανούς πριν από τον Δεύτερο Παγκόσμιο Πόλεμο και κατασκευάζονται σε μεγάλες ποσότητες από την πρώην Σοβιετική Ένωση.
Κατά την ανάπτυξη του ανιχνευτή PMPa, οι ερευνητές Δούκας χρησιμοποίησε την ίδια γενική τεχνική σχεδιασμού που είχαν προηγουμένως χρησιμοποιηθούν για να προσαρμόσουν τις πρωτεΐνες στη γλυκόζη αίσθηση, γαλακτικό, TNT και η χημική ουσία του εγκεφάλου σεροτονίνη.
Άρχισαν με πρωτεΐνες, που ονομάζονται "periplasmic δεσμευτικές πρωτεΐνες," από το βακτήριο E. coli έντερο. Αυτές οι πρωτεΐνες είναι συνήθως μέρος των χημικών-σύστημα ανίχνευσης του βακτηρίου με την οποία ανιχνεύει θρεπτικά συστατικά. Τέτοιες πρωτεΐνες υποδοχείς ανιχνεύουν μόριο-στόχο τους μέσω ενός «ενεργό κέντρο» που έχει μια ακριβή συμπληρωματικό σχήμα και δεσμευτικές ιδιότητες που ταιριάζουν μόνο αυτό το μόριο, που ονομάζεται «ligand" - σαν ένα κλειδί που ταιριάζει μια κλειδαριά.
Βασικά, η υπολογιστική διαδικασία σχεδιασμού αναπτύχθηκε στο εργαστήριο Hellinga του περιλαμβάνει τον επανασχεδιασμό "κλειδώσει" την κανονική πρωτεΐνη για να χωρέσει ένα πολύ διαφορετικό μοριακό κλειδί. Η υπολογιστική διαδικασία στενεύει σε ένα διαχειρίσιμο μερικά τον τεράστιο αριθμό των πιθανών μεταλλάξεων στην κανονική πρωτεΐνη και των αντίστοιχων δομών τους, για να χωρέσει ένα συγκεκριμένο μόριο. Μόλις τα σχέδια περιοριστεί, η βιοχημικοί την κατασκευή των πρωτεϊνών και να τα ελέγξετε για επιλεκτικότητα και δεσμευτικές ιδιότητες.
«Επιλέξαμε PMPa επειδή είναι εμπορικά διαθέσιμο υποκατάστατο των Soman και είναι προϊόν μεταβολισμού του πράκτορα νεύρων», είπε ο Hellinga. «Η τεχνική του σχεδιασμού που χρησιμοποιήσαμε μπορεί εύκολα να εφαρμοστεί σε οποιοδήποτε μέσο νεύρο. Επίσης, η πρόκληση του σχεδιασμού είναι αρκετά παρόμοιες με αυτές που αντιμετωπίσαμε στο σχεδιασμό για την ανίχνευση πρωτεϊνών TNT και άλλες ενώσεις."
Hellinga και οι συνεργάτες του σχεδίασαν το PMPa-ανίχνευση πρωτεϊνών όχι μόνο για την εξαιρετικά επιλεκτικά συνδέονται με PMPa, αλλά και να επισημάνει ότι οι δεσμευτικές με τη βοήθεια ενός συνημμένο φθορισμού μόριο. Έτσι, η πρωτεΐνη μπορεί να ενσωματωθεί σε ένα ανιχνευτή που θα νόημα μια αλλαγή στην φθορισμού της πρωτεΐνης ως δείκτης για την παρουσία και τη συγκέντρωση του παράγοντα νεύρων.
Σύμφωνα με Hellinga, την ιδιαιτερότητα και τη συγγένεια των πρωτεϊνών ανιχνευτή PMPa δημιούργησαν επαρκούν για την ανάπτυξη της πρώτης γενιάς ανιχνευτές. Ωστόσο, η πρωτεΐνη θα πρέπει ακόμη να γίνουν πιο ισχυρή για να λειτουργήσει σταθερά για μεγάλο χρονικό διάστημα. Έτσι, οι ερευνητές πειραματίζονται με αντίστοιχες πρωτεΐνες από θερμόφιλα βακτήρια - γνωστός για την ευρωστία των πρωτεϊνών τους - που ζουν σε θερμές πηγές. Οι βιοχημικοί δρομολογούν επίσης τις προσπάθειες για το σχεδιασμό πρωτεΐνες για να ανιχνεύσουν και άλλους παράγοντες του νευρικού συστήματος, συμπεριλαμβανομένων των σαρίν.
"Μια ιδιαίτερα σημαντική πτυχή αυτής της υπολογιστικής τεχνικής σχεδίασης είναι ότι μπορεί να γίνει πολύ γρήγορα», δήλωσε ο Hellinga. «Χρειάζεται το πολύ μια ημέρα για να υπολογίσει ένα σύνολο έργων υποψήφιος και ίσως μια εβδομάδα για να τους κατασκευάσει. Έτσι, στην περίπτωση της ανάπτυξης μιας νέας χημικής απειλής, θα μπορούσε να λάβει κατ 'αρχήν μόνο εβδομάδες για να αναπτύξει ένα σύστημα αισθητήρων για την . Είμαστε τώρα προσπαθεί να αναπτύξει μια αυτοματοποιημένη διαδικασία εργαστήριο σε ένα σύστημα για να κατασκευάσει τέτοιες πρωτεΐνες. "
Οι ερευνητές εργάζονται με Nomadics, Inc του Stillwater, Οκλαχόμα Για την ανάπτυξη αισθητήρων λόγω της εξέλιξης τους, και προγραμματίζουν περαιτέρω εμπορευματοποίηση των τεχνολογιών σχεδιασμού και σύνθεσης.
http://dukemednews.org