يستخدم الخبراء الطبيون العلاج الجيني لمجموعة متنوعة من الأمراض – علاج الهيموفيليا بجينات عامل التخثر أو إعطاء مريض السرطان جرعات من الحمض النووي أو الحمض النووي الريبي العلاجي.
لكن الأطباء يحتاجون إلى وسيلة لتوصيل هذا الجين العلاجي إلى هدفه في جسم المريض. الحل الذي توصلوا إليه هو استخدام الفيروسات لنقل المادة، لكن العلاجات باهظة الثمن نظرًا لكمية المادة الجينية التي يمكن توصيلها وتؤدي إلى ردود فعل سلبية.
الآن باحث في مختبر الحائز على جائزة نوبل ديفيد بيكر معهد تصميم البروتين بجامعة واشنطن لقد ابتكروا طريقة لإنشاء أقفاص بروتينية تشبه الفيروسات والتي يمكن أن تكون في يوم من الأيام بمثابة كبسولات توصيل للحمولات المنقذة للحياة.
تم وصف استراتيجيتين لهندسة أقفاص البروتين في الأبحاث المتتالية المنشورة اليوم في مجلة Nature.
وقال إن هذه الاكتشافات تفتح إمكانيات جديدة لتصميم البروتينات من جديد. شونزي وانغباحث سابق في مرحلة ما بعد الدكتوراه في مختبر بيكر. وهو الآن أستاذ مساعد في كلية الطب بجامعة نيويورك غروسمان. كان وانغ هو المؤلف الرئيسي لهذه الأبحاث، إلى جانب سيونغمين لي، وديفيد شميليفسك، وبيكر، وآخرين.
لتصور أقفاص البروتين الجديدة، تخيل كرة قدم، مبنية من أشكال خماسية وسداسية في نمط متكرر يسمى “شبه التماثل” لأن الوحدات الفرعية متطابقة ولكن لها جيران مختلفون.
كان بإمكان العلماء سابقًا إنشاء أقفاص بروتينية متناظرة من نوع أو نوعين من وحدات البناء، لكن هذا حد من حجمها الإجمالي. خلال محادثة غير رسمية بعد ظهر الجمعة، توصل وانغ ولي وبيكر إلى فكرة خلط وحدات البناء عن طريق تبادل الشركاء من تكوينات البروتين السابقة.
وقال وانغ “لقد كان اكتشافا عرضيا حقا”.
لم تسر هذه العملية بسلاسة في البداية حيث كانت البروتينات تتجمع في كثير من الأحيان في كرات. ولكن من خلال الأخذ في الاعتبار السمات الهندسية المختلفة وإجراء العديد من التجارب، طور العلماء تعليمات تنتج بروتينات منحنية. عندما اجتمعت تلك البروتينات المنحنية معًا، شعرت ببيئة أكثر ازدحامًا واستجابت من خلال تشكيل مزيج من الأشكال الخماسية والسداسيات لتشكيل تكوين عملاق.
وكانت الأقفاص شبه المتماثلة الناتجة أكبر بمرتين إلى ثلاث مرات من الأقفاص المصنوعة من نفس الحجم، مما جعل العلماء أقرب إلى التصاميم المعقدة الموجودة في الهياكل الفيروسية التي تحدث بشكل طبيعي وإفساح المجال لحمولات جينية أكبر.
وقال بيكر في بيان “تظهر هذه الأبحاث أن تصميم البروتين بدأ في التقاط بعض المبادئ المعمارية التي تستخدمها الطبيعة للبناء على نطاق واسع للغاية”.
هناك حاجة إلى دراسة إضافية قبل أن تصبح أقفاص البروتين جاهزة للبحث والعلاج البشري. يتضمن ذلك اختبار مناعتهم، ما إذا كان بإمكانهم إثارة استجابة مناعية إذا اعتبرهم الجسم غزاة خطرين.
للمضي قدمًا، يتصور وانغ أن الهياكل تعمل مثل اللوحة الأم للكمبيوتر، حيث يمكن وضع المكونات المعيارية الأساسية في طبقات. في هذه الحالة، قد يتضمن ذلك إضافة مواقع ربط لتوجيه قفص البروتين إلى هدف خلوي محدد.
وقال “هذا هو جمال الأمر”. “يمكننا إنشاء كبسولات مخصصة لتصميم وإنشاء أدوية وراثية أكثر دقة.”
تحمل أوراق Nature عنوان: “تصميم قفص بروتيني شبه متماثل مكون من مكون واحد” و”تصميم جديد لقفص بروتيني شبه متماثل مكون من مكونين”. والمؤسسات التي قادت البحث هي IPD، وLangone Health في جامعة نيويورك، وجامعة بوهانج للعلوم والتكنولوجيا في كوريا الجنوبية. يشمل المتعاونون مختبر هولت في كلية غروسمان للطب بجامعة نيويورك، ومختبري ديمايو وفيسلر في جامعة ويسكونسن.
