München, Tyskland
Publicerat: 21 november 2024, 11:00
Forskare vid Tekniska universitetet i München (TUM) har utvecklat en banbrytande metod för att designa och producera stora konstgjorda proteiner med skräddarsydda egenskaper. Den nya metoden, som publicerats i Science, bygger på AI-verktyget AlphaFold2, som nyligen belönades med Nobelpriset i kemi.
Proteindesign: Ett viktigt verktyg för medicin och teknik
Proteiner är avgörande för många biologiska funktioner, från att bygga vävnader till att bekämpa infektioner. Forskarna strävar efter att skapa nya proteiner, så kallade de novo-proteiner, som inte finns naturligt. Dessa kan användas som antikroppar för att bekämpa virus, som läkemedelstransportörer eller som enzymer i kemiska reaktioner.
– ”Vår metod gör det möjligt att designa stora proteiner som kan skräddarsys för att binda till andra proteiner eller utföra specifika funktioner,” säger Christopher Frank, doktorand vid TUM och huvudförfattare till studien.
AI och gradientnedstigning: Nyckeln till precis design
Metoden använder AlphaFold2:s strukturprediktion i kombination med en optimeringsteknik kallad gradientnedstigning. Tekniken jämför det önskade proteinets struktur med AlphaFold2:s prediktioner och itererar designen för att uppnå optimal stabilitet och funktion.
En unik aspekt av metoden är användningen av en ”virtuell överlagring” av alla möjliga aminosyrasekvenser vid varje punkt i kedjan. Denna metod möjliggör en mer effektiv optimering av proteinet innan den slutliga aminosyrasekvensen fastställs och produceras i laboratoriet.
Experimentell validering
Forskarna designade över 100 proteiner virtuellt och producerade dem sedan i laboratoriet för att testa om deras verkliga strukturer matchade de förutsagda. Resultaten visade att de designade proteinerna stämde mycket väl överens med de förväntade strukturerna och funktionerna.
– ”Vi har lyckats skapa proteiner med upp till 1 000 aminosyror, vilket närmar sig storleken på antikroppar. Precis som antikroppar kan dessa proteiner kombineras med flera funktioner, till exempel att känna igen och neutralisera patogener,” säger Hendrik Dietz, professor vid TUM och medförfattare till studien.
Betydelse för medicin och teknik
Denna metod representerar ett stort framsteg för bioteknologiska och medicinska tillämpningar, inklusive utveckling av nya terapier, diagnostiska verktyg och enzymbaserade lösningar för kemiska reaktioner.
Källa: Tekniska universitetet i München
Taggar: AI, Proteindesign, AlphaFold2, Bioteknik, Medicinsk forskning