Duke University Medical Center biochimici hanno usato progettazione computazionali per progettare e costruire una proteina che potrebbe percepire la soman agente nervino. Hanno detto la loro realizzazione costituisce una prova di principio che tali proteine ingegnerizzate può essere fatto per individuare agenti nervini come il sarin e altre sostanze tossiche.
Tali proteine potrebbero essere inserite in rivelatori, che potrebbe assomigliare rilevatori di fumo e potrebbero essere ampiamente implementato come allarme allarmi, monitor armi o nel processo di decontaminazione dopo un attacco. Il rilevatore potrebbe non solo avvertire della presenza di agente nervino, ma agire come un monitoraggio continuo dei suoi livelli.
Guidato dal professore di Biochimica Homme Hellinga, Ph.D. , i ricercatori hanno segnalato la loro realizzazione in un articolo pubblicato online 17 Mag, 2004 negli Atti della National Academy of Sciences. Oltre Hellinga, altri co-autori del documento PNAS erano Malin Allert, Shahir Rizk e Loren Looger. La loro ricerca è sponsorizzata dalla Defense Advanced Research Projects Agency.
Nel documento PNAS, Helling ei suoi colleghi hanno descritto il modo in cui aveva progettato una proteina in grado di rilevare un surrogato Soman, chiamato pinacolil metil fosfonico (PMPa), che ha la stessa struttura chimica di base Soman, ma è meno tossico. Soman è un agente nervino inventato dai tedeschi prima della seconda guerra mondiale e prodotto in grandi quantità da parte dell'Unione Sovietica.
Nello sviluppo del rivelatore PMPa, i ricercatori hanno utilizzato la tecnica Duca stesso disegno generale che avevano precedentemente utilizzato per le proteine su misura per senso di glucosio, lattato, TNT e la serotonina chimica del cervello.
Hanno cominciato con le proteine, chiamate "le proteine periplasmatico vincolante", dal E. coli batterio intestinale. Queste proteine sono normalmente parte del batterio chimico-sensing sistema mediante il quale rileva nutrienti. Recettori proteici quali rilevare la loro molecola bersaglio attraverso un "sito attivo", che ha una forma precisa complementari e di legame che possono servire solo quella molecola, chiamata "legante" - come un raccordo chiave una serratura.
In sostanza, il processo di progettazione computazionale sviluppato in laboratorio Hellinga coinvolge ridisegnando la proteina normale il "lock" per adattarsi a una chiave molto diversa molecolare. Il processo di calcolo si restringe fino a un paio gestibile il gran numero di possibili mutazioni nella proteina normale e le loro strutture corrispondenti, per adattarsi a una particolare molecola. Una volta che i disegni sono ristretto, i biochimici costruire le proteine e testarli per la selettività e proprietà leganti.
"Abbiamo scelto PMPa perché è un surrogato di soman disponibile in commercio ed è un prodotto di degradazione del agente nervino", ha detto Hellinga. "La tecnica di progettazione che abbiamo usato può essere facilmente applicato a qualsiasi agente nervino. Inoltre, la sfida di design è molto simile a quelle che abbiamo affrontato nella progettazione di proteine per rilevare TNT e altri composti."
Hellinga ei suoi colleghi hanno progettato il PMPa di rilevamento delle proteine non solo altamente selettivo legarsi a PMPa, ma anche per segnalare che il legame per mezzo di una molecola fluorescente attaccato. Così, la proteina può essere incorporata in un rivelatore che avrebbe senso un cambiamento della fluorescenza della proteina come un indicatore della presenza e concentrazione di agente nervino.
Secondo Hellinga, la specificità e affinità delle proteine del rivelatore PMPa che hanno creato sono sufficienti per lo sviluppo della prima generazione di rivelatori. Tuttavia, la proteina deve ancora essere reso più robusto per funzionare in modo stabile per lunghi periodi di tempo. Così, i ricercatori stanno sperimentando con proteine corrispondenti da batteri termofili - nota per la robustezza delle loro proteine - che vivono nelle sorgenti calde. I biochimici stanno lanciando gli sforzi per progettare proteine per rilevare altri agenti nervini, come il sarin.
"Un aspetto particolarmente importante di questa tecnica di progettazione computazionale è che può essere fatto molto rapidamente", ha detto Hellinga. "Ci vuole al massimo un giorno per calcolare una serie di strutture candidato e, forse, una settimana per costruirli. Così, in caso di dispiegamento di una minaccia nuova sostanza chimica, potrebbe prendere in linea di principio solo poche settimane di sviluppare un sistema di sensori per la . Stiamo lavorando per sviluppare un processo automatizzato di laboratorio in un sistema per fabbricare tali proteine. "
I ricercatori stanno lavorando con Nomadics, Inc. di Stillwater, Oklahoma Per sviluppare sensori basati sui loro progressi, e hanno in programma ulteriore commercializzazione delle tecnologie di progettazione e sintesi.
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