Az evolúció gyorsgombja
A laboratóriumi irányított evolúció lényege, hogy mesterségesen mutációkat vezetnek be, majd a hasznos tulajdonságokat mutató fehérjeváltozatokat kiválasztják többszöri ciklusban. Ezzel olyan antitesteket, enzimeket vagy más fehérjéket lehet előállítani, amelyek konkrét orvosi vagy ipari célokat szolgálnak. Míg a hagyományos eljárás minden egyes köre akár egy hétig is eltarthat, ráadásul minden lépés manuális DNS-manipulációt kíván, addig a folyamatos evolúciós rendszerek – mint a T7-ORACLE – minden egyes sejtosztódásnál elvégzik a mutációkat és a szelekciót, vagyis percenként zajlik az evolúció.
A T7-ORACLE rendszer E. coli baktériumokat módosít. Ezekbe beépítenek egy mesterséges másolórendszert a T7 bakteriofágból, vagyis egy olyan vírusból, amely eredetileg baktériumokat fertőz meg. Ez az új rendszer egy mesterséges DNS-szaporító mechanizmust jelent, amely teljesen külön működik a sejt eredeti folyamataitól, így tömeges mutációkat idézhet elő a célmolekulákban anélkül, hogy a baktériumot károsítaná.
Mutációk villámgyorsan – 100 000-szeres sebesség
A T7-ORACLE kizárólag a plazmid DNS-t, vagyis a baktérium kis, kör alakú örökítőanyagát célozza, így a baktérium alapgenomja változatlan marad. A kutatók úgy módosították a T7 DNS-polimerázt (egy vírus eredetű enzimet), hogy jóval hibásabban másoljon, így a céltulajdonságú géneken akár 100 000-szeres mutációs ráta érhető el, miközben a gazdasejt életképes marad.
A rendszer hatékonyságát azzal demonstrálták, hogy egy ismert antibiotikum-rezisztencia gént – TEM-1 béta-laktamázt – építettek be a rendszerbe, majd növekvő antibiotikum-dózisnak tették ki a baktériumokat. Kevesebb mint egy hét alatt olyan enzimváltozatok alakultak ki, amelyek már ötezerszer nagyobb antibiotikum-koncentráció mellett is életben maradtak. Ráadásul a mutációk meglepően jól tükrözték a klinikai esetekben is megjelenő rezisztencia-változásokat, sőt, sikerült új kombinációkat is létrehozni.
Univerzális platform minden fehérjetípus számára
Ennek eredményeként a T7-ORACLE platform nemcsak az antibiotikum-rezisztencia modellezésére alkalmas. Legnagyobb előnye, hogy szinte bármilyen eredetű gént – legyen az emberi, vírusos vagy egyéb forrásból származó – könnyen be lehet illeszteni, amely az E. coli sejtek plazmidjaiban lesz jelen. A mesterséges evolúció során kialakuló fehérjeváltozatokat így gyorsan és hatékonyan ki lehet választani a kívánt funkciók elérése érdekében.
Fontos, hogy az E. coli könnyű kezelhetősége révén a módszer széles körben, akár ipari szinten is alkalmazható, ráadásul semmilyen különleges berendezés vagy speciális szaktudás nem szükséges hozzá – elegendő a szokásos laborfelszerelés és standard baktériumtenyészet.
A mesterséges intelligencia a biológiai folyamatokat is újraírja
A T7-ORACLE lényege, hogy a legfontosabb alapfolyamatokat, mint a DNS-másolás vagy fehérjetermelés, teljesen a gazdasejttől függetlenül tudja újraprogramozni. Az ilyen szintetikus biológiai törekvések lehetővé teszik, hogy a kutatók immár olyan polimerázokat is fejlesszenek, amelyek teljesen új, a természetben nem létező genetikai anyagokat is képesek lemásolni – ez további kapukat nyithat meg a mesterséges genomika előtt. Az új rendszert már most is használják emberi eredetű terápiás enzimek gyorsabb fejlesztésére, valamint olyan fehérjebontó enzimek előállítására, amelyek célzottan felismernek tumorsejtekhez kapcsolódó fehérjemotívumokat.
Az irányított fehérjetervezés és a hipergyors laboratóriumi evolúció kombinációja most lehetővé teszi, hogy minden eddiginél hatékonyabban fedezzünk fel új funkciójú molekulákat, amelyek alapjaiban változtathatják meg a betegségek kezelését.
