211service.com
Chipsy białkowe
Zakończenie w zeszłym roku Projektu Ludzkiego Genomu było kamieniem milowym w medycynie. Szczegółowe mapowanie całego zestawu ludzkich genów było dziesięcioletnim projektem, nad którym pracowały jedne z najlepszych umysłów w biologii. Ale pod wieloma względami był to dopiero początek prawdziwego wyzwania medycznego: zrozumienia około miliona białek, które są molekularnymi końmi roboczymi ludzkiego ciała. Geny są tak naprawdę tylko kodem programistycznym, który mówi komórkom, jak syntetyzować białka; prawie całe działanie biologiczne zachodzi wśród tych dużych, złożonych cząsteczek.
Kiedy białka źle się zachowują, mogą niszczyć nasze zdrowie na niezliczone sposoby, od białek amyloidowych, które wiążą mózgi pacjentów z chorobą Alzheimera, po białka powodujące niekontrolowany wzrost komórek rakowych. Skuteczniejsza walka z chorobami oznacza lepsze zrozumienie, jak białka działają, wchodzą w interakcje i zawodzą. Najważniejszymi nowymi narzędziami do odczytywania ogromnej biblioteki białek są mikromacierze, małe chipy zawierające tysiące próbek białek, które można szybko i tanio analizować. W tym miejscu ludzie uzyskają odpowiedzi na temat rozwoju choroby, działania leków i znajdowania nowych leków, mówi Peter Wagner, dyrektor techniczny Zyomyx, start-upu opartego na chipach białkowych z Hayward w Kalifornii.
Ta historia była częścią naszego wydania z maja 2001 r.
- Zobacz resztę numeru
- Subskrybuj
Zyomyx ma prawie tuzin konkurentów, w tym Proteomics Large Scale, Ciphergen Biosystems, Packard BioScience i Phylos. Oczekuje się, że pierwsze produkty w branży pojawią się na rynku za rok i chociaż technologie różnią się, nowe biochipy to zazwyczaj dwuwymiarowe siatki białek lub fragmenty białek przymocowane do stałego podłoża.
Kiedy mikromacierz białkowa zostanie wystawiona na działanie biochemikaliów lub roztworów innych białek, niektóre z tych cząsteczek przykleją się, a niektóre zmyją; te, które przyklejają się, można zidentyfikować za pomocą różnych markerów, takich jak znaczniki fluorescencyjne. Cząsteczki, które silnie przylegają do określonych białek, są cennymi tropami w poszukiwaniu nowych leków, ponieważ właśnie ta zdolność wiązania sprawia, że farmaceutyki są skuteczne. A w diagnostyce pomiar nienormalnie wysokich ilości charakterystycznych białek w próbce krwi przy użyciu tych biochipów może być szybką metodą wczesnego wykrywania zawałów serca i raka.
Idea mikrochipów nie jest niczym nowym w biologii. Produkcja chipów DNA była jedną z najgorętszych dziedzin biotechnologii od wczesnych lat 90., kiedy innowacyjni badacze zastosowali technologię robotyki i litograficzno-wzorcowania stosowaną w produkcji mikroelektroniki krzemowej i zastosowali je do analizy DNA. Byli w stanie dołączyć tysiące kawałków materiału genetycznego do szkiełek lub plastikowych płytek i użyć tych chipów do identyfikacji DNA w interesującej ich próbce. Te chipy DNA są obecnie szeroko stosowane w badaniach medycznych.
Ale zrobienie chipsa białkowego jest o wiele bardziej irytujące. Podczas gdy DNA jest dość mocne, białka zmniejszają fiołki. Białka są znakomicie złożonymi ciągami podjednostek zwanych aminokwasami, a wiele z tego, co robią białka, zależy od precyzyjnego trójwymiarowego wzoru, w jaki składa się nić. Poza wąskim zakresem warunków środowiskowych, białka ulegną denaturacji – łańcuch aminokwasów straci swoją trójwymiarową strukturę, zapadnie się jak stos rozgotowanego spaghetti. Tworząc mikromacierze, naukowcy muszą przez cały czas utrzymywać białka w roztworze wodnym w odpowiedniej temperaturze.
Pomimo tych wyzwań, przyszłość biochipów białkowych rozwija się szybko. W branży [biotechnologicznej] wszędzie panuje jasne zrozumienie, że musisz skupić się na białkach, mówi Wagner z Zyomyx. Według niedawnego raportu BioInsights, firmy konsultingowej zajmującej się biotechnologią z Redwood City w Kalifornii, sprzedaż biochipów białkowych prawdopodobnie wzrośnie do pół miliarda dolarów w 2006 roku.
Ostateczny wpływ technologii można odczuć daleko poza środowiskiem badań biologicznych. Przydatne chipsy białkowe do diagnostyki powinny być dostępne za kilka lat, mówi N. Leigh Anderson, dyrektor generalny Large Scale Proteomics. Nie potrwa to tak długo, jak niektórzy myślą. To może być optymistyczna prognoza, ale jeśli ma rację, paczki małych proteinowych chipsów mogą wkrótce być tak samo wszechobecne, jak depresatory języka czy gumowe rękawiczki w gabinecie lekarskim.