شگفتی نوبل 2024 در ایران: طراحی انقلابی پروتئین‌های نوظهور با 130 آمینواسید!

تحقیقات تازه در باب طراحی پروتئین‌های نوین

یه پژوهش مشترک که توسط گایتانو مونتلیونه، استاد و ریاست کرسی شیمی و زیست‌شناسی شیمی تو مؤسسه پلی‌تکنیک رنسلر (آر پی آی) و دیوید بیکر، استاد بیوشیمی، محقق اچ.اچ.ام.آی و مدیر انستیتوی طراحی پروتئین (آی پی دی) در دانشگاه واشنگتن انجام شده، یه روش سیستماتیک و با ظرفیت بالا برای غربالگری مجازی و ساخت مولکول‌های نوین بر پایه پلی‌پپتیدها رو نشون می‌ده. این مولکول‌ها قابلیت دارن که ساختارهای ثانویه منظم رو تشکیل بدن که می‌شه تو تحقیقات زیست‌شناسی یا علم مواد ازشون استفاده کرد. بیکر اخیراً به عنوان یکی از دریافت‌کنندگان مشترک جایزه نوبل شیمی 2024 بخاطر توسعه‌ی زمینه‌ی نوظهور طراحی پروتئین de novo معرفی شد.

ساختارهای ثانویه منظم، مثل هلیکس‌های آلفا و برگه‌های بتا، ارکان پایه‌ای معماری پروتئین رو می‌سازن. این ساختارها برای فهمیدن تاخوردگی و عملکرد پروتئین‌ها حیاتی‌ان و به پیش‌بینی ساختار، شناسایی اهداف دارویی، و مطالعه‌ی مکانیسم‌های مولکولی بیماری‌ها کمک می‌کنن. تیم تحقیقاتی به‌طور سیستماتیک بیش از 200،000 ترکیب از 130 آمینواسید غیر زیستی با ویژگی‌های شیمیایی متنوع رو بررسی کردن و تنوع ساختارهای ثانویه پلی‌پپتید رو گسترش دادن. این رویکرد نوآورانه که توسط آدام مویر، دکتر، توسعه داده شده، منجر به کشف صدها ساختار تکراری منحصر به فرد با انرژی پایین شد.

مونتلیونه در این باره گفت: «ما 10 ساختار تکراری دی‌پپتید جدید شناسایی شده رو با استفاده از طیف‌سنجی دی‌کروماتیسم دایره‌ای توصیف کردیم و اونا رو با طیف‌های محاسبه‌شده مقایسه کردیم.» طیف‌های محاسبه‌شده برای پیش‌بینی جذب یا انتشار نور در طول‌موج‌های خاص استفاده می‌شن که به توصیف هندسه‌های مولکولی پلیمرها کمک می‌کنه. این 10 پلیمر تکراری دی‌پپتید همون‌طور که انتظار می‌رفت، ساختارهای منظمی داشتن.

مطالعات ان‌ام‌آر و بلورنگاری اشعه ایکس روی پلیمرها

مطالعات دقیق‌تری که روی دو تا از این پلیمرها به‌کمک ان‌ام‌آر و بلورنگاری اشعه ایکس انجام شد، نشون داد که نتایج به‌دست‌آمده با مدل‌های محاسباتی‌شون مطابقت داره. این نتیجه، اعتبار رویکرد طراحی این پلیمرها رو تأیید می‌کنه. خط تولید محاسباتی قابل تعمیم برای انواع مختلفی از پلیمرهاست و راه رو برای کاربردهای گسترده‌تر در طراحی مواد هموار می‌کنه.

مونتلیونه گفت: «توسعه‌ی هوش مصنوعی و بقیه‌ی روش‌های محاسباتی برای طراحی پروتئین‌ها و پپتیدهای نوین که برای کاربردهای مختلف تو بیوتکنولوژی و علم مواد مفید هستن، با آی پی دی داره پیش می‌ره.» او همچنین اضافه کرد: «همکاری ما تأثیر این پروتئین‌های مصنوعی رو بیشتر می‌کنه و فناوری‌های پیشرفته‌تری رو به آر پی آی میاره که تلاش‌های ما رو تو چندین برنامه‌ی تحقیقاتی علمی مربوطه تقویت می‌کنه. این برنامه‌ها به‌دنبال ساخت بیومولکول‌های نوینی هستن که می‌تونن شبکه‌های تعامل پروتئین-پروتئین رو تو زیست‌شناسی سرطان و فرآیندهای عفونت ویروسی تعدیل کنن.»

دکتر کورت برنمن، رئیس دانشکده علوم آر پی آی، گفت: «این مطالعه یه راهی برای طراحی مواد جدید با یه سری ویژگی‌های خاص و دلخواه فراهم می‌کنه.» او همچنین افزود: «این کار به فهم رو به رشد ما از این‌که چطوری ساختار و پایداری پلیمرها رو مدل‌سازی کنیم، کمک می‌کنه.»

این تحقیق توسط آدام مویر، دانشجوی فارغ‌التحصیل اخیر آزمایشگاه بیکر، و ترزا راملو، دانشمند ارشد تحقیقاتی تو آزمایشگاه مونتلیونه، رهبری شد. همکارای این پروژه شامل روبرتو تجر از آر پی آی، الکس کانگ، آسِم ک. برا و پاتریک جی. سالوسون از دانشگاه واشنگتن، ماریانو کورت از انستیتوی علم و فناوری بارسلونا، و الیزابت رومرو و مارگارت آ. ایستمن از دانشگاه ایالتی اوکلاهاما و کارلس کورتچت از دانشگاه بارسلونا بودن. مونتلیونه، راملو و تجر اعضای مرکز بیوتکنولوژی و مطالعات بین‌رشته‌ای آر پی آی هستن.