研究人员开发替代方法来揭示蛋白质结构设计新药物

绕过一个主要的研究障碍，研究人员发现了一种创造有价值的抗体的新方法，而不需要......骆驼?一个鲜为人知的事实是，骆驼，羊驼，骆驼和骆驼科的其他成员制造了一类独特的抗体，使科学家能够确定体内其他不可能研究的蛋白质的结构，了解这些蛋白质是如何发生故障的在疾病和设计新的药物作用于他们。

正如人们可能想象的那样，利用这种进化偶然事件有不利之处。

首先，并非所有需要骆驼抗体进行实验的研究人员都可以使用美洲驼(或羊驼或骆驼)设施。其次，虽然动物没有受到伤害，但接种它们以产生所需的抗体是昂贵的，每次尝试需要长达六个月并且通常不起作用。

因此，哈佛医学院的生物化学家Andrew Kruse和旧金山加利福尼亚大学的Aashish Manglik联手打造了一种无骆驼的解决方案：专门设计的酵母小瓶。

2月12日在自然结构和分子生物学中描述的酵母方法可以在研究人员自己的实验室的试管中完成。这组作者说，它比骆驼疫苗接种和之前试图规避骆驼科动物的成功率更高，周转时间更快。

这也标志着第一次为非营利组织免费提供骆驼旁路系统。

“真的需要这样的东西，”克鲁斯说。“这是低技术，投资时间短，大多数蛋白质成功的可能性很大。”

他说：“多年来一直在努力用骆驼来确定蛋白质结构的人现在正在接受它们。”

锁和钥匙

骆驼抗体的活性区段通常称为纳米抗体，因为它们可以比常规抗体小得多。美洲驼纳米抗体可能仅结合特定蛋白质的特定构象 - 例如“开放”或“封闭”。纳米抗体还可以结合具有挑战性的蛋白质，例如在油性细胞膜中起作用的受体。

像Kruse和Manglik这样的结构生物学家希望找到与其感兴趣的蛋白质相匹配的精确纳米抗体，这样他们就可以将蛋白质锁定在一个位置并进行测试以确定其原子结构。学习结构使他们能够研究蛋白质的工作原理，并为设计针对它的药物提供蓝图。

纳米抗体为生物医学科学打开了长门锁。例如，他们让研究人员第一次看到肾上腺素和阿片类药物等神经递质如何与大脑中的受体结合。

科学家们只需要一种更简单的方法来找到钥匙。

发光成功

现在，一个想要研究一种困难的膜蛋白的科学家必须费力地产生几毫克的蛋白质，用它接种美洲驼 - 通常通过第三方服务完成 - 并希望动物的免疫系统做出反应。只有这样，她才能在血液样本中搜索抗体，并希望有足够的可以使用。

相比之下，Kruse和Manglik的研究团队由第一作者Conor McMahon领导，他是Kruse实验室的博士后研究员，使用酵母细胞创建了一个包含5亿个骆驼抗体的文库。

每种酵母细胞都有一种略微不同的纳米抗体拴在其表面，由一块略有不同的合成DNA制成。

研究人员将所有酵母混合在一起并冻结它们以便妥善保管。任何时候他们想要进行实验，他们只需解冻试管的价值：微型美洲驼免疫系统。(该管含有10至20倍的量，以确保包含至少一种独特的抗体。)

该团队开发了一种方法，科学家现在不用注射美洲驼，而是用荧光分子标记他们感兴趣的蛋白质并将其添加到试管中。具有识别蛋白质的表面纳米体的酵母会发光。

研究人员然后使用荧光激活细胞分选或FACS将发光酵母与其余酵母分开。

他们对那些发光酵母细胞的DNA进行测序，以了解纳米抗体是什么。然后，他们可以根据需要使用大肠杆菌来生长许多纳米抗体。

整个过程需要三到六周而不是三到六个月。

钱无所事事，酵母免费

该团队测试了它的酵母系统中的两种蛋白质：β-2肾上腺素能受体，与哮喘有关，以及腺苷受体，这是咖啡因传递嗡嗡声的门户。在两种情况下，纳米抗体与所需受体结合，仅与该受体结合，并且仅在其“开启”时与其结合。

“我们发现酵母衍生的纳米抗体可以完成所有来自美洲驼的抗体，”Kruse说。

该团队现在向任何想要它们的非营利实验室免费提供小瓶酵母混合物和使用说明。商业公司可以许可酵母。“我们做了一大批，”麦克马洪说，所以有很多东西要去。

在论文发表之前，已有40多个实验室要求使用小瓶。

“纳米抗体正在为生物靶点开发药物成为可能，因为抗体只是太大而无法击中，”Manglik说。“通过快速简便地发现纳米抗体，我们希望我们的平台能够大大加速这项令人兴奋的技术的潜在应用。”

麦克马洪补充说：“我认为我们会看到让动物免疫系统消失的东西。”“这是新技术。它只会变得更好。希望它能够运作得更好或更好，所以我们不再需要美洲驼了。”

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