Vědci z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR vyvinuli průlomovou technologii pro efektivní vývoj aptamerů. Nová metoda propojuje několik biochemických a bioinformatických kroků a otevírá cestu k novým diagnostickým a terapeutickým aplikacím. Mezi ně patří například nositelné senzory schopné v reálném čase sledovat hladiny vybraných biomarkerů v těle a včas upozornit na blížící se zdravotní komplikace.
Výsledky zveřejnil časopis Nature Communications.
Aptamery jsou krátké řetězce DNA nebo RNA, které dokážou velmi přesně rozeznat a navázat konkrétní cílovou molekulu. Podobně jako protilátky je lze využít k detekci nebo ovlivnění funkce těchto molekul. Na rozdíl od protilátek jsou však mnohem stabilnější, lze je vyrábět synteticky a přesně chemicky upravovat podle požadovaných vlastností. Díky tomu mohou získat vlastnosti, kterých nelze u protilátek dosáhnout.
S rostoucí poptávkou po přesných a rychlých diagnostických nástrojích jsou aptamery v mnoha případech vhodnější než samotné protilátky. Jejich vývojový proces je však experimentálně a časově náročný a vyžaduje experty z několika vědních oborů. Tým vědců z Ústavu organické chemie a biochemie AV ČR (ÚOCHB) vedený Markem Ondrušem a Michalem Hockem nyní vyvinul technologii, která celý vývojový proces výrazně zkracuje.
„Vývoj aptameru často připomíná hledání jehly v kupce sena. Ve směsi bilionů různých DNA sekvencí se snažíme najít jedinou, která se silně a specificky váže na cílovou molekulu. Náš nový přístup umožňuje nejdřív nalézt ‚aptamerové rodiny‘ – stovky sekvencí s jistou podobností a následně identifikovat člena rodiny, který vykazuje nejlepší experimentální vlastnosti. Tento prvek přispívá ke zkrácení vývoje z několika měsíců na dny,“ říká Marek Ondruš.
Výzkumníci zároveň rozšířili možnosti využití aptamerů. Jejich stavební bloky totiž chemicky upravují – připojují k nim nové funkční skupiny, které můžeme přirozeně najít například v aminokyselinách. Takto vzniklé molekuly kombinují výhody DNA i protilátek: pořadí jednotlivých stavebních bloků je dané pořadím písmen v DNA a díky rozmanitosti připojených chemických modifikací se výrazně rozšiřují možnosti aptameru rozpoznávat biologicky významné cíle a napodobovat interakce typické pro proteiny, které jsou základem mnoha biologických procesů.
Potenciál nové metody ukázali vědci na lidském inzulinovém receptoru, klíčovém proteinu zapojeném do regulace hladiny cukru v krvi. Vyvinuli aptamer, který se na receptor specificky váže, a pomocí kryoelektronové mikroskopie detailně popsali molekulární mechanismus vzájemné vazby.
„Ukázali jsme, že chemicky zavedené funkční skupiny mají zásadní význam nejen pro rozpoznání a vytvoření komplexu aptameru s proteinem, ale také pro stabilizaci samotné struktury DNA aptameru. Naše výsledky poskytují nový pohled na to, jak lze pomocí chemicky upravených nukleových kyselin napodobovat vlastnosti proteinů,“ shrnuje Marek Ondruš.
Technologie by v budoucnu mohla doplnit nebo v některých aplikacích dokonce nahradit diagnostické nástroje založené na protilátkách. Výzkumníci spolupracují na dalším rozvoji technologie se společností IOCB Tech, která pomáhá přetavit objevy z ÚOCHB do praxe.
- Autor článku: ne
- Zdroj: Ústav organické chemie a biochemie AV ČR
