迈阿密大学化学与生物化学副教授Dominik Konkolewicz和Rick Page开发的一种技术可能有助于实现更快,更有效地开发用于制药,生物燃料和其他应用的新材料。
Konkolewicz和Page的技术使用核磁共振(NMR)技术来阐明蛋白质和合成聚合物如何在称为生物结合物的化学物质中相互作用。
为什么生物共轭物有用
蛋白质可用于催化在许多应用中有用的化学反应。例如,蛋白质酶用于生产高果糖玉米糖浆,胰岛素用于治疗糖尿病。但是有些蛋白质仅在很短的时间内有活性,或者很容易分解,因此使用它们只是不切实际或成本效益高。蛋白质生物共轭物通过将合成分子(通常是聚合物)连接到蛋白质上,从而克服了蛋白质的局限性。
Konkolewicz说:“蛋白质具有出色的性能,但是我们在蛋白质化学上的灵活性并不高。聚合物具有广泛的结构和功能多样性,可以结合使用以延长蛋白质或蛋白质的寿命。增强其承受极端条件的能力。”
生物缀合物已经有了一些商业开发,例如用于治疗癌症的抗体-药物缀合物,尽管如何改善这些物质的性能的指南仍然难以捉摸。
开发新的,有用的生物结合物通常是困难且昂贵的,因为该过程传统上依赖于反复试验:科学家将大量的聚合物候选物抛向蛋白质的一面众所周知的壁,以观察增强性能形式的“胶粘物”。但是,就像在Sheetrocked墙壁上扔网球以期望会粘住一样,在某些蛋白质上扔某些聚合物以希望会粘住也没有道理。
通过合理的设计促进发展
我们足够了解网球和干式墙的性质,从而知道“粘连”不是相互作用的可能结果,但是佩奇说,科学家们并不总是足够了解蛋白质和聚合物的性质,以至于无法做出类似的预测涉及生物共轭。
“在许多情况下,我们知道蛋白质的结构,但是我们不知道聚合物的结构。我们不知道它是什么形状,它在蛋白质上的附着位置,或者它如何包裹或相互作用。这种蛋白质”,佩奇说。
Konkolewicz和Page说,需要的是一套规则,可以合理设计新的生物结合物。这样的规则将使化学家能够观察目标蛋白质的结构,并设计出具有适当大小,形状和功能的聚合物分子,以使其特别适合。
佩奇说:“能够说,'好吧,这是我拥有的蛋白质。这是我稳定它的方法,这是我们可以使用的多种聚合物。'
Page和Konkolewicz开发的技术是建立这样一套规则的第一步。
尽管以前的检查生物结合物中蛋白质与聚合物之间相互作用的技术依赖于例如中子束,但中子束是一种昂贵的设备,可在世界各地的有限设施中使用,而迈阿密化学家的技术则使用了现成的核磁共振(NMR)技术。该技术的关键是将报告基团放在合成聚合物上。这些报告小组的行为类似于信标,使研究人员可以看到生物共轭物在NMR仪器中时聚合物与蛋白质的距离。
NMR技术的可访问性很重要,因为它极大地提高了研究界进行发现的能力。
Konkolewicz说:“我们不能自己研究每种相关蛋白质。”“我们必须生存500年才能做到这一点。通过使其可访问性,我们允许其他小组检查他们感兴趣的蛋白质-催化蛋白质(例如我们实验室重点研究的蛋白质,治疗性蛋白质或他们研究的任何类型)。技术可以提供规模。”
迈阿密独特的环境使突破成为可能
从根本上说,Konkolewicz和Page的技术使来自全球的化学家能够合作制定一套设计规则,以指导生物共轭物的更快发展,这些共轭物既有效又可负担得起,可用于工业应用,包括制药和生物燃料。这本身就是合作产生的研究成果的合适结果。
从历史上看,来自不同子领域的科学家组成合成化学家Konkolewicz和生物化学家Page来组队是罕见的。Konkolewicz和Page说他们的进步归功于迈阿密大学促进合作并鼓励广泛专业知识的探索。
佩奇说:“我们在迈阿密这里所处的环境,以及团体在这里彼此合作的能力和鼓励,确实使我们有一个合适的环境来提出这项突破性技术。”
迈阿密独特环境的另一个方面是本科生深入研究。