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Künstliches Protein imitiert Blut
Forscher der University of Pennsylvania haben von Grund auf ein Protein konstruiert, das das kann, was bestimmte Proteine im menschlichen Körper können: Sauerstoff transportieren und abgeben. Dies kann ein nützlicher Schritt bei der Entwicklung von künstlichem Blut sein.
Neues Protein: Dieses künstliche Protein könnte eines Tages Leben retten, indem es Sauerstoff in künstlichem Blut transportiert. Die grünen Bänder repräsentieren die vier helikalen Säulen des künstlichen Proteins. Die Struktur lässt Sauerstoff, aber kein Wasser, eindringen.
Seit Jahren versuchen Wissenschaftler, Komponenten für künstliches Blut herzustellen, in der Hoffnung, dass ein solcher medizinischer Fortschritt Probleme des Spenderbluts – wie Kontamination, begrenzte Lagerhaltung und knappe Versorgung – umgehen und zu einfacheren und schnelleren Bluttransfusionen auf dem Schlachtfeld führen würde und bei Traumata.
Derzeit enthalten die meisten Blutersatzstoffe modifizierte Versionen von natürlichem Hämoglobin – dem wichtigsten Blutbestandteil, der Sauerstoff von der Lunge an den Rest des Körpers liefert. Die Forschung wird jedoch fortgesetzt, da einige Studien darauf hindeuten, dass vorhandene Blutersatzmittel das Herzinfarktrisiko bei Traumaopfern erhöhen können, die sie erhalten haben.
Das Penn-Team hat sich darauf konzentriert, Proteine von Grund auf neu zu entwickeln, die Sauerstoff transportieren können und im Wesentlichen wasserdicht sind – ein wichtiges Merkmal. Wenn Wasser in das Protein eindringt, entsteht eine Form von Sauerstoff, die entweicht und Zellschäden verursacht.
Ich denke, es ist eine bemerkenswerte Errungenschaft im Proteindesign, sagt Roman Boulatov , Assistenzprofessor für Chemie an der University of Illinois in Urbana-Champaign. Sie zeigen, dass es möglich ist, eine bestimmte Reaktivität zu entwickeln, indem man bei Null beginnt. Es gibt Ihnen viel mehr Kontrolle darüber, was Sie ändern können.
Die Modifikation vorhandener Proteine führt nicht immer zu einer vorhersehbaren Reaktion und schlägt oft fehl. Es gibt ein Problem bei der Arbeit mit natürlichen Proteinen, da sie komplex und zerbrechlich sind, sagt Christopher Moser , Biochemiker in Penn und Mitautor der neuen Studie. Wir würden gerne lernen, wie man funktionelle Proteine herstellt, die mit natürlichen Proteinen völlig verwandt sind: Das wird es uns ermöglichen, weitere Funktionen zu entwickeln.
Die Penn-Forscher verwendeten drei Aminosäuren, um eine Proteinstruktur mit vier Helix-Säulen herzustellen. Sie fügen eine kleinere Struktur ein, die Häm genannt wird, ein großes flaches Molekül, das der aktive Teil von Hämoglobin ist. Häm hat in seiner Mitte ein Eisenatom, an das Sauerstoff bindet.
Außerdem machten die Forscher die Proteinstruktur flexibel, sodass sie sich öffnen und wieder schließen kann, ohne dass Wasser eindringt. Dazu verbanden sie die helikalen Säulen mit Schlaufen, um ihre Bewegungen einzuschränken. Dies gab der endgültigen Struktur eine Kandelaberform.
Was wir gelernt haben ist, dass wir trockene Innenräume in sehr einfachen Proteinen herstellen können, sagt der Hauptautor P. Leslie Dutton , Professor für Biochemie in Penn. Ein Großteil der Enzymaktivität wird dadurch gesteuert, dass Wasser vom [Inneren] ferngehalten wird. Die Arbeit ist in der aktuellen Ausgabe von . veröffentlicht Natur .
Um das künstliche Protein im menschlichen Körper verwenden zu können, müssen die Forscher sicherstellen, dass es den Sauerstoff lange genug speichern kann, um nützlich zu sein, in einer zellulären Umgebung zu funktionieren und ungiftig zu sein. Das Protein darf vom Immunsystem auch nicht als Schadstoff erkannt werden, der über die Nieren ausgeschwemmt werden muss, fügt hinzu James Collman , einem Chemieprofessor an der Stanford University, der synthetische Häme herstellt, die an Sauerstoff binden.
Es ist wichtig, Blutsubstrate zu haben, weil es so viele Krankheiten gibt, die durch mangelnde Durchblutung verursacht werden, darunter traumatische Blutungen, Schlaganfälle und Herzinfarkte, sagt Howard Levy, wissenschaftlicher Leiter bei Sangart , ein Unternehmen, das ein sauerstofflieferndes Mittel herstellt. Es ist wirklich das Brot und Butter der Intensivmedizin.